單片集成螺旋變壓器及巴倫的設(shè)計與優(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，尤其在超大規(guī)模數(shù)字集成電路方面的主導地位使得全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用，尤其在差分電路和低電壓低功耗電路設(shè)計中具有特殊的重要性。而巴倫(Balun)作為一種可實現(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)計方法至今尚不完善，從而限制了它們在集成電路中的應用。 本論文的任務是使用標準CMOS工藝實現(xiàn)適合射頻電路應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、)。本文使用一種被學術(shù)界廣泛接受的模擬工具進行設(shè)計。首先討論了仿真工具的設(shè)置并通過實驗驗證了仿真精度。然后使用此工具對片上螺旋變壓器及巴倫的設(shè)計進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，通過大量實驗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)計經(jīng)驗和多層金屬工藝的便利對其進行優(yōu)化。