射频微波集成电路中感性器件的建模和设计

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1、上海交通大学硕士学位论文射频微波集成电路中感性器件的建模和设计摘要随着通信技术的发展，人们对无线通信产品在尺寸、速度、功耗和价格上提出了越来越高的要求。而半导体工艺的进步，使得在射频集成电路领域，CMOS工艺逐渐能够取代传统的GaAs工艺，从而大大降低了射频集成电路的造价，加速了其市场推广和应用。近年来，硅基射频集成电路已成为国内外研究的热点。而感性器件作为电路中的重要模块，在滤波，阻抗变换，阻抗匹配等方面发挥着重要的作用。因而新型的感性器件，包括电感和变压器的设计和建模在射频设计中起着极为关键的作用。然而，伴随系统工作频率的进一步提高，传输线效应日益显著的同时，硅基电路的衬

2、底损耗也降低了电路的性能。为此，人们做了大量的研究，提出了高阻硅做衬底，垂直悬空结构，以及栅格屏蔽等多种方法来解决这一问题。除了损耗，面积也是芯片设计者极其关注的一个问题。虽然随着工艺的进步，我们可以在多层布线以最大限度的减少面积。但是无源感性器件，往往仍旧是射频系统里最消耗面积的部分。所以人们进一步展开研究，提出了有源电感和变压器的思想。由于全由晶体管搭建而成，有源的感性器件几乎不消耗芯片面积，而且同时还具有品质因上海交通大学硕士学位论文数高和电感值可调谐等优点。因而近年来有源感性器件的优化和设计得到极大的关注。由于无源的电感和变压器本质上是由传输线构成的，为了更好的研究无

3、源感性器件的建模，本论文首先研究了传输线的建模，特别是在电感设计中常用到的栅格屏蔽的传输线的建模。而后，对电感和变压器的建模展开研究，并使用部分有限元等效电路（PEEC）的方法完成对串行频变参数的提取。并将该方法应用于MEMS巴伦的建模，最后实测的结果表明该方法具有很高的精度。而后，本文对有源电感和变压器的设计展开研究。介绍了有源电感和变压器的设计思路，并通过设计实例说明了有源变压器的相关性能和优势。关键词:射频集成电路，栅格屏蔽，集肤效应，临近效应，螺旋电感，有源电感，有源变压器上海交通大学硕士学位论文MODELINGANDDESIGNOFINDUCTIVEDEVICESI

4、NRFICSABSTRACTWiththedevelopmentofcommunicationindustry,peoplehavemoredemandsondimension,speedandpowerconsumptionofwirelessproducts.ThedevelopmentofsiliconfabricationtechnologiesmakestheCMOStechnologiesapossiblesubstituteforthetraditionalGaAsfabricationtechnologies,whichcostmuchinRFcircuits

5、.WiththepushofthecommercialmarketaswellastheimprovementofICtechnologies,studyoftheRadioFrequencyIntegratedCircuits(RFICs)andMicrowaveMonolithicIntegratedCircuits(MMICs)onsiliconsubstratebecomesverypopularinindustryandacademia.Astheimportantcomponent,theinductivedevices,suchasinductorandtran

6、sformer,playakeyroleinmanyapplications,suchasmatching,filterandbiasing.SothedesignandmodelingofinductivedeviceisveryimportantinRFdesign.However,withtheincreasingoftheoperatingfrequency,thetransmissionlineeffectsbecomemoreandmoreimportant.Meanwhile,the上海交通大学硕士学位论文lossysubstratealsodegradesth

7、eperformanceofRFcircuit.Somanyscholarshaveperformedmuchresearchworkandproposedsomesolutions,suchashighresistivesiliconsubstrate,suspendedstructureandpatternedshielding.Furthermore,areaisanotherfocusinRFICdesign.Withthedevelopmentofthetechnologies,wecould