毫米波CMOS傳輸線設(shè)計及建模技術(shù)研究.pdf

1、硅基CMOS工藝具有低成本、低功耗以及能與基帶IC模塊的工藝相兼容等優(yōu)點,這使得其易于實現(xiàn)全系統(tǒng)的低成本制造和規(guī)?；瘧?yīng)用。近年來,隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進步,器件的特征尺寸不斷減小,特征頻率不斷提高,硅基CMOS器件的特征頻率已可達到幾百GHz,基于硅基CMOS工藝實現(xiàn)毫米波集成電路已成為國內(nèi)外研究熱點。在毫米波系統(tǒng)中,傳輸線是最重要的無源器件之一。傳輸線具有可變尺寸和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)小電感的優(yōu)點。雖然在低頻段時,傳輸線的損耗較大,但在毫米波頻

2、段,其長度明顯減小,且具有較高的Q值,其次,傳輸線有良好的接地回路,能有效的減小其相鄰電路的電磁耦合。此外,傳輸線在毫米波集成電路的匹配網(wǎng)絡(luò)中也起著至關(guān)重要的作用。為支持在硅基CMOS工藝下進行高性能毫米波集成電路的設(shè)計,本文針對硅基CMOS工藝下的傳輸線結(jié)構(gòu)、特征,模型和參數(shù)提取方法進行深入的研究。
　　 本文首先簡要介紹了毫米波傳輸線的一些主要性能參數(shù),包括傳輸線的特征阻抗、傳播常數(shù)、介電常數(shù)和Q值等,以及表征傳輸線性能的四

3、個分布參數(shù):R、L、G、C。接著,我們列舉了目前常用的六種毫米波傳輸線,簡單介紹了各自的結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)缺點。
　　 其次,介紹了三種經(jīng)典的傳輸線結(jié)構(gòu)(微帶線,共面波導(dǎo),接地共面波導(dǎo))的結(jié)構(gòu)特點,并對同一工藝下三種結(jié)構(gòu)的毫米波特性做了對比分析。在對共面波導(dǎo)(CPW)在不同工藝下、不同側(cè)墻結(jié)構(gòu)的性能特點分析研究的基礎(chǔ)上,本文著重對CPW新結(jié)構(gòu)進行了三方面的研究。第一、我們提出并設(shè)計實現(xiàn)了一種慢波浮動接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。它不僅具有更小的

4、損耗,而且有更高的有效介電常數(shù),從而可以有效的減小芯片面積。第二、我們對接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(GCPW)的接地平面進行了改造,提出了一種新型的半橢圓形接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu),它具有更好的設(shè)計的靈活性。第三、我們設(shè)計了另外兩種新型的T字形半橢圓和T字形V型接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu),這是對接地共面波導(dǎo)信號線結(jié)構(gòu)的一次改進,雖然沒有得到理想的效果,但是為毫米波傳輸線的設(shè)計提供了一種新的思路和借鑒。
　　 最后,我們對三種不同結(jié)構(gòu)的毫米波傳輸線,分別建立

5、了相應(yīng)等效電路模型,提出了與之對應(yīng)的參數(shù)提取方法,并且均用測量結(jié)果進行了驗證。我們建立了低阻硅上的互聯(lián)線結(jié)構(gòu)的等效電路模型,提出了相應(yīng)的參數(shù)提取方法,并測量了0.18μm CMOS工藝上的互聯(lián)線結(jié)構(gòu),來驗證了我們提出的模型的準確性。然后,我們對不同地面平的微帶線結(jié)構(gòu)分別建立了相應(yīng)的等效電路模型和參數(shù)提取方法,并且對比得出了兩個模型中用來表征介質(zhì)層損耗的參數(shù)之間的關(guān)系。在最后一小節(jié),我們對CPW結(jié)構(gòu)的建模和參數(shù)提取方法進行了深入的研究,總