CMOS平面螺旋电感的设计及其应用

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1、天津大学硕士学位论文CMOS平面螺旋电感的设计及其应用姓名：菅端端申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：肖夏20070101中文摘要由于片上螺旋电感具有低成本和易集成的特点，所以广泛用在硅基射频集成电路里。作为电路模拟不可缺少的单元，片上电感的等效电路模型应该能在电路模拟中准确反映出电感的电学特性，但是片上电感结构的复杂性和高频时的各种寄生效应却使得模型很难精确，并已成为射频集成电路设计者面对的主要挑战之一。本文主要针对电感Q值的提高和精确模型的建立展开讨论。为了获得精确的电感模型，首先分析了螺旋电感的损耗机理，同时总结了提高电感Q值的各

2、种方法。然后，提出了一个简化的2．PI等效电路模型，它综合考虑了趋肤效应、邻近效应、线间寄生电容、容性衬底耦合、感性衬底耦合等等高频寄生效应。同时给出了模型中元件的估值公式，这些结果可用作SPICE拟和的初始值。模拟结果表明，该简化模型在很宽频率范围内与专用电感仿真工具——ASITIC模拟结果相吻合，并提出了一种片上电感综合和优化方法。最后，基于上述方法和频率合成器中压控振荡器的要求，设计了一系列的片上螺旋电感，并最终完成电感电容压控振荡器设计(包括电路与版图设计)。Spectra模拟结果表明：基于UMC0．189in工艺，使用经过优化电感的压控振荡器相

3、位噪声在600KHz时达到．121．25dBc／Hz，这比相同电路使用UMC提供的电感降低了5dB。关键词：射频集成电路，平面螺旋电感，参数化等效电路模型，2-PI模型，ABSTRACTINsilicon-basedradio-frequency(RF)integratedcircuits，on-chipspiralinductorsalewidelyusedduetotheirlowcostandeaseofintegration．Asanecessaryelementforcircuitdesign,equivalentcircuitmodelsof

4、spiralinductorsshouldefficientlyrepresenttheirelectricalperformanceforcircuitsimulation，butmodelinaccuracy,whichstemsfromthecomplexityofon-chipinductorstructuresandhigh—frequencyphenomena，presentsoneofthemostchallengingproblemsforRFICdesigners．SowefocusOurdiscussionontheimproveme

5、ntofspiralinductors’qualityfactorandthebuildingofprecisemodels．Inordertomakeanaccurateinductormodel，thelossmechanismsofspiralinductorsareanalyzedandsomemainkindsofmethodsforimprovingQualityfactorofspiralinductoralesummarizedatthesametime．Thenasimplified2一PImodelofplanarspiralindu

6、ctorispresented，whichincludetheeffectsofSkineffect，Proximityeffect,line-lineparasiticcapacitance，capacitivesubstratecoupling，inductivesubstratecoupling，andSOon．Theformulaisgivenforestimatingthecomponentsinthemodel，andtheestimatedvalueCanbeusedastheinitialvalueforfittingprocessint

7、heSPICE，whichcanmakethefittingprocessefficiently．Accordingtothesimulation,thesimplifiedmodelingmethodologyshowsexcellentagreementwiththeresultsoftheelectromagneticfieldsolver(ASITIC)overawidefrequencyrange，andamethodofsynthesisandoptimizationforspiralinductorispresented．Atlast，on

8、thebasisofthemethodaboveandtherequiremen