混合信號IC中差分電感器的設(shè)計和優(yōu)化.pdf

1、隨著無線通訊市場的快速成長，以系統(tǒng)級芯片為趨勢的硅基射頻和混合信號集成電路逐漸以低成本、低功耗等優(yōu)勢崛起，開始在吉赫茲頻段得到廣泛的應用。硅襯底片上螺旋電感在一些單元電路，如低噪聲放大器、壓控振蕩器、混頻器、中頻濾波器、功率放大器中起著非常重要的作用，其設(shè)計和優(yōu)化己成為整個電路成功設(shè)計的關(guān)鍵之一。普通螺旋電感器為單進單出的結(jié)構(gòu)，信號會受到周圍環(huán)境的干擾；而差分電感器是采用雙進雙出的結(jié)構(gòu)，信號只取它們之間的差值即可，因此抗干擾性好。此外，

2、差分電感器還采用互為環(huán)繞的構(gòu)型，大大減小了版圖面積。隨著射頻電路技術(shù)的發(fā)展，差分電感器將會逐步取代普通螺旋電感器。 本文以典型0．13um混合信號工藝制造的差分電感器為例，針對片上電感器的三個重要特性參數(shù)：電感值、品質(zhì)因數(shù)和自諧振頻率進行了分析。結(jié)果表明：(1)電路的工作頻率和結(jié)構(gòu)基本決定其所需的電感值，且電感值是電感器最重要的參數(shù)。(2)品質(zhì)因數(shù)是表征儲能元件性能好壞程度的重要指標之一，從品質(zhì)因數(shù)可以判斷電感器所儲存的磁場能是

3、否可以用在線路振蕩中。(3)電感器的自諧振頻率決定了電感器的工作頻率。另外，從線路版圖中可以看到，電感器在混合信號集成電路中占據(jù)著很大一部分面積，能在有限的空間實現(xiàn)所需的差分電感器也是我們的目的。 本文首先分析了O．13um混合信號IC制程對差分電感器特性參數(shù)有根本的提高(與0．18umIC制程相比)；差分電感器比普通螺旋電感器在品質(zhì)因數(shù)上有很大的提高。其次研究了結(jié)構(gòu)對差分電感器性能的影響，即差分電感器版圖的線寬、線隙、圈數(shù)、半

4、徑、形狀(如圓形、八角形、方形)等各種版圖參數(shù)對差分電感器的電性參數(shù)的影響；分析了普通的差分電感器耦合電容較大而引起的自諧振頻率降低的版圖結(jié)構(gòu)，并提出了改善意見。最后，本論文采用多層差分電感結(jié)構(gòu)，并利用O．13umCMOS混合信號集成電路制程八層金屬的優(yōu)勢，將差分電感的設(shè)計引入縱深方向，從而縮小了版圖面積。進一步對差分電感器的損耗機制等進行了分析，探索了如何在現(xiàn)有工藝中最大限度地避免襯底損耗和地屏蔽對差分電感器Q值的優(yōu)化作用?？傊菊?/p>