無(wú)源器件和電感電容振蕩器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、最近十年，無(wú)線領(lǐng)域如手機(jī)、智能化運(yùn)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(gè)收發(fā)機(jī)：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(wú)線通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，高速通信和無(wú)線應(yīng)用開始使用深亞微米CMOS工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　MIM電容是CMOS工藝中一個(gè)重要的無(wú)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(yīng)用。在混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)中，襯底耦合會(huì)干擾模擬電路的正常工作。為減小襯底耦合效應(yīng)，人們?cè)?/p>

2、MIM電容和襯底之間設(shè)計(jì)了接地屏蔽結(jié)構(gòu)。本文研究了一種凹形接地屏蔽結(jié)構(gòu)，分析了凹形接地屏蔽對(duì)Q值和電容主值的影響。采用0.13μm CMOS工藝設(shè)計(jì)了MIM電容。測(cè)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(gòu)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)表明，凹形接地屏蔽減輕了對(duì) 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(cè)試技術(shù)和參數(shù)提取方案。由于凹形接地屏蔽簡(jiǎn)化了襯底的建模，基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提出了帶凹形接地屏蔽MIM電容一個(gè)簡(jiǎn)單的電路模型。
　　為了設(shè)計(jì)的高產(chǎn)出率，需要準(zhǔn)確的電路模型。當(dāng)頻率上升到5 GHz及以上，電路設(shè)計(jì)師需要有在寬頻帶有效的簡(jiǎn)單電路模型用于仿真。本文在分析了趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)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(yàn)證。由于這個(gè)模型由頻率無(wú)關(guān)

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(yīng)、鄰近效應(yīng)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(yàn)證。這個(gè)二維電感有兩個(gè)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(cè)量結(jié)果，且最大誤差是4.91%。
　　為優(yōu)化壓控振

5、蕩器的設(shè)計(jì)，分析了壓控振蕩器的相位噪聲產(chǎn)生機(jī)制，分析了無(wú)源器件在電感電容壓控振蕩器的應(yīng)用?；赟MIC工藝設(shè)計(jì)庫(kù)（PDK），改進(jìn)了一種MIM電容，其面積比PDK中MIM電容的面積小。這相應(yīng)減小了LC VCO的面積。采用PDK中的MIM電容設(shè)計(jì)了一個(gè)電感電容壓控振蕩器，用這種改進(jìn)的 MIM電容設(shè)計(jì)了另一個(gè)電感電容壓控振蕩器。測(cè)試比較了這兩個(gè)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(hào)VCO的設(shè)計(jì)中，采用二分頻結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)研究了緩沖器對(duì)