單片集成螺旋變壓器及巴倫的設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、隨著無線通信的迅猛發(fā)展，人們對通信系統(tǒng)的要求越來越高，如小型化、低功耗和可靠性，用單片集成射頻電路取代混合集成電路己成為必然。CMOS工藝在量產(chǎn)和成本方面具有其他工藝無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，尤其在超大規(guī)模數(shù)字集成電路方面的主導(dǎo)地位使得全CMOS單片集成通信電路成為將射頻和基帶單片集成的最可能方案。 高品質(zhì)無源器件的缺乏已經(jīng)成為CMOS射頻集成電路的設(shè)計(jì)瓶頸之一。作為主要的片上無源器件之一，變壓器在低噪聲放大器、壓控振蕩器、功率放大器和濾

2、波器等幾乎所有的射頻電路模塊中都有應(yīng)用，尤其在差分電路和低電壓低功耗電路設(shè)計(jì)中具有特殊的重要性。而巴倫(Balun)作為一種可實(shí)現(xiàn)單雙端轉(zhuǎn)換的特殊的變壓器在雙平衡混頻器和匹配網(wǎng)絡(luò)中不可或缺。但是CMOS工藝下無源變壓器及巴倫的設(shè)計(jì)方法至今尚不完善，從而限制了它們在集成電路中的應(yīng)用。 本論文的任務(wù)是使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實(shí)現(xiàn)適合射頻電路應(yīng)用的片上無源變壓器和巴倫。研究的對象是兩端口變壓器(匝比為1：1和1：N)和多端口變壓器(即巴倫

3、)。本文使用一種被學(xué)術(shù)界廣泛接受的模擬工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先討論了仿真工具的設(shè)置并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真精度。然后使用此工具對片上螺旋變壓器及巴倫的設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的分析和研究。從片上螺旋變壓器的集總元件等效模型入手，闡述了片上螺旋變壓器不理想的耦合和線圈間存在的寄生效應(yīng)對器件性能造成的影響。然后在理論分析的基礎(chǔ)上，通過大量實(shí)驗(yàn)比較得到片上螺旋變壓器及巴倫的幾何結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。并且借鑒片上螺旋電感的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和多層金屬工藝的便利對其進(jìn)行優(yōu)化。