CMOS RF电感的设计与模拟

论文题目: CMOS RF电感的设计与模拟

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 王彦丰

导师: 黄庆安,廖小平

关键词: 集成电感,螺旋电感,螺线管电感,射频集成电路,压控振荡器

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 快速增长的无线通信市场对射频集成电路提出了较大需求。近年来,随着特征尺寸的不断减小,深亚微米CMOS工艺的MOSFET特性频率已经达到50GHz以上,使得利用CMOS工艺实现GHz频段的高频模拟电路成为可能。基于CMOS工艺的射频集成电路得到广泛研究,如低噪声放大器、混频器、滤波器、压控振荡器和功率放大器。本论文首先进行了深入调研,围绕射频集成电路中必不可少的集成射频电感及其相关的CMOS射频集成单元电路,对RF电感结构进行了设计与模拟和VCO的设计与模拟。主要的研究工作如下:1.在确定电感的电路模型后,要进行正确的设计和优化,就必须知道模型中各元件的参数。本文从已知的S参数,通过三种途径提取了模型中集总元件参数,并对三种途径提取的元件参数进行了模拟。从模拟结果中得到提取模型参数的最佳途径。2.提出了一种新的方法来减小硅衬底损耗提高集成电感的Q值。在场氧层下形成薄屏蔽层来阻止衬底形成涡流,从而减小损耗。这种制作工艺简单且与常规硅集成工艺兼容。对新颖螺旋电感进行了设计与模拟,得到了L约为20nH、Q大于10的射频螺旋电感。3.提出了一种CMOS兼容工艺的MEMS硅集成螺线管电感。对螺线管电感的顶引线和底引线进行了新颖设计,充分利用了线圈与线圈间的空间,从而在不影响其Q值的同时提高了电感值密度。对新颖螺线管电感进行了设计与模拟,得到了Q值大于20的射频电感。4.为了证明高Q射频电感在提高射频集成电路性能的作用,本文基于0.25um CMOS工艺进行了射频集成电路VCO的设计与模拟,其中对所应用的新颖螺线管电感进行了重新设计,得到了较好改善的VCO性能指标(尤其是相位噪声),相位噪声在频偏1MHz时为-124dBc/Hz。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第一章 序言

1.1 射频通信的发展概述

1.2 无线通信电路中的RF 电感进展

1.2.1 RF 电感在无线通信电路中的应用

1.2.2 RF 电感的国内外研究状况

1.2.3 本文目的

1.3 论文的研究内容

第二章 RF 电感的建模及模型参数的提取

2.1 传输线理论及S 参数

2.1.1 传输线模型

2.1.2 S 参数及与其它各参数关系

2.2 RF 电感测量结构的设计考虑

2.3 RF 电感的集总模型及性能影响因素

2.3.1 RF 电感的集总模型

2.3.2 RF 电感的Q 值

2.3.2.1 串并联支路的阻抗互换

2.3.2.2 RF 集成电感的Q 值

2.3.3 影响RF 电感性能的因素

2.3.3.1 金属导体的影响

2.3.3.2 寄生电容的影响

2.4 RF 电感模型参数提取

2.4.1 从S 参数获得传输常数和特征阻抗

2.4.2 直接由S 参数获得A 矩阵参数

2.4.3 直接由S 参数获得Y 参数

2.5 提高Q 值方法

2.6 小结

第三章 兼容CMOS 工艺的RF 螺旋电感

3.1 涡流效应

3.2 新颖屏蔽地的RF 螺旋电感的设计

3.2.1 新颖屏蔽地的螺旋电感的设计思想

3.2.2 RF 螺旋电感的设计与优化

3.2.3 RF 螺旋电感的模拟结果与分析

3.3 屏蔽地螺旋电感的工艺设计

3.4 小结

第四章 兼容CMOS 工艺的MEMS RF 螺线管电感

4.1 MEMS 概述

4.2 新颖螺线管电感的设计

4.2.1 新颖螺线管电感的设计思想

4.2.2 新颖螺线管电感的设计和优化

4.2.3 模拟结果及分析

4.3 新颖螺线管电感的工艺设计

4.4 小结

第五章 1.8GHz 的VCO 的设计与模拟

5.1 VCO 的原理与应用

5.1.1 振荡器的基本原理

5.1.2 VCO 的应用

5.2 相位噪声

5.3. 选取有源器件模型（BSIM3）及其性能模拟

5.3.1 有源器件模型的选取

5.3.2 有源器件性能的模拟

5.4 1.8GHz 的VCO 的设计

5.4.1 VCO 电路结构的设计

5.4.2 RF 电感结构的选取与模拟结果

5.4.3 1.8GHz 的VCO 性能模拟与分析

5.4 小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录

发表文章及书籍翻译

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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