無源器件和電感電容振蕩器優(yōu)化設計研究.pdf

1、最近十年，無線領域如手機、智能化運輸系統(tǒng)和可視電話取得了令人矚目的發(fā)展，迫切需要這樣一個收發(fā)機：高度集成、低成本、小面積和低功耗。隨著CMOS工藝特征尺寸不斷減小和無線通訊技術的迅速發(fā)展，高速通信和無線應用開始使用深亞微米CMOS工藝來實現(xiàn)。
　　MIM電容是CMOS工藝中一個重要的無源器件，在偏置電路、低噪聲放大器和振蕩器等電路中得到廣泛應用。在混合信號集成電路設計中，襯底耦合會干擾模擬電路的正常工作。為減小襯底耦合效應，人們在

2、MIM電容和襯底之間設計了接地屏蔽結(jié)構。本文研究了一種凹形接地屏蔽結(jié)構，分析了凹形接地屏蔽對Q值和電容主值的影響。采用0.13μm CMOS工藝設計了MIM電容。測試證明，凹形接地屏蔽提高了MIM電容的Q值。和不帶接地屏蔽結(jié)構比較，在11.8GHz處Q值提高了11％，在18.8 GHz處提高了14%。另外，將實驗結(jié)果和傳統(tǒng)的平面形接地屏蔽在寄生電容方面作了比較。實驗表明，凹形接地屏蔽減輕了對 MIM電容和屏蔽層間寄生電容的影響。另外，我

3、們分析了片上測試技術和參數(shù)提取方案。由于凹形接地屏蔽簡化了襯底的建模，基于設計結(jié)構提出了帶凹形接地屏蔽MIM電容一個簡單的電路模型。
　　為了設計的高產(chǎn)出率，需要準確的電路模型。當頻率上升到5 GHz及以上，電路設計師需要有在寬頻帶有效的簡單電路模型用于仿真。本文在分析了趨膚效應和鄰近效應的基礎上，提出了一個LTCC電感的寬帶電路模型。該模型用三種LTCC電感（曲折線形電感，螺旋電感和螺旋堆疊電感）得到驗證。由于這個模型由頻率無關

4、的元件組成，所以可以用于SPICE兼容的模擬器中。
　　由于片上螺旋電感易于集成，所以在射頻集成電路中得到廣泛使用。它是壓控振蕩器、濾波器和低噪聲放大器的重要器件?；谮吥w效應、鄰近效應和襯底損耗的分析，提出了片上電感的寬帶電路模型。該模型用二維電感在0.13μm CMOS工藝下得到了驗證。這個二維電感有兩個變量：圈數(shù)和半徑。這種模型在較寬頻帶范圍內(nèi)（甚至超越諧振頻率）吻合測量結(jié)果，且最大誤差是4.91%。
　　為優(yōu)化壓控振

5、蕩器的設計，分析了壓控振蕩器的相位噪聲產(chǎn)生機制，分析了無源器件在電感電容壓控振蕩器的應用?；赟MIC工藝設計庫（PDK），改進了一種MIM電容，其面積比PDK中MIM電容的面積小。這相應減小了LC VCO的面積。采用PDK中的MIM電容設計了一個電感電容壓控振蕩器，用這種改進的 MIM電容設計了另一個電感電容壓控振蕩器。測試比較了這兩個振蕩器在相位噪聲和輸出頻率上的差別。在產(chǎn)生正交信號VCO的設計中，采用二分頻結(jié)構，實驗研究了緩沖器對