硅基片上螺旋電感建模及其在射頻芯片中的應用.pdf

1、近年來，無線通信飛速發(fā)展的市場對重量輕、體積小、功耗低、成本低的收發(fā)器的大量需求以及微電子技術的不斷進步，使得硅基片上螺旋電感作為射頻集成電路的重要器件成為了當今科技研究的熱點。
　　在大量文獻調(diào)研的基礎上，本文總結了片上電感的研究現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢，歸納了片上電感RLC模型的三種類型，研究了它們的建立思想和原理，總結了它們的優(yōu)點及不足。
　　本文詳細論述了片上電感感值的主流算法—Greenhouse分段疊加算法、Jenei整體

2、平均值算法的建立思想和原理，用這兩種算法分別推導了片上方形螺旋電感自感值、互感值以及總感值的表達式，并總結了這兩種算法各自的優(yōu)缺點。
　　本文采用電磁場理論詳細論述了硅集成電路中的高頻效應—趨膚效應，鄰近效應和襯底渦流損耗效應的產(chǎn)生機理及物理意義，模擬并分析了高頻效應對片上電感電感值和電阻值的影響，研究了片上電感金屬層渦流效應和襯底渦流效應的經(jīng)典模型，并總結了它們各自的優(yōu)缺點。
　　在此研究基礎上，基于電磁學和電路理論，結合

3、部分元等效電路法和耦合變壓器法，自主提出了一種新的硅基片上螺旋電感等效電路模型。該模型采用MATLAB編程實現(xiàn)，并應用全波電磁場仿真軟件HFSS和經(jīng)典模型對結構和工藝參數(shù)不同的電感進行模擬，將它們的模擬結果相對比，得到以下結果：在20GHz范圍內(nèi)由該模型導出的等效電感Leff、等效電阻Reff和Q值與全波三維電磁場仿真結果相比，誤差在8％以內(nèi)。證明該模型具有足夠高的精確度，并且由于其效率遠高于全波仿真法，在螺旋電感的優(yōu)化設計中將更適用。

4、
　　最后，基于TSMC0.35μm CMOS工藝采用本文提出的片上電感模型設計了以2.4GHz為中心頻率的窄帶低噪聲放大器，并利用Cadence中的Spectre RF對LNA的主要性能指標進行了模擬仿真，得到的結果如下：2.4GHz時LNA的S11=-31dB，S22=-42dB，S21=11dB，S12=-46dB，噪聲系數(shù)為3.1dB，三階輸入交調(diào)點為433mdBm，1dB壓縮點為-12dBm，總功耗約為8mW，滿足了設計