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近十几年来,无线通信技术得以迅猛发展。无线通信的低功耗、低成本和小体积等要求,促使无线通信系统逐步向更高层次集成。随着硅工艺半导体技术向深亚微米方向发展,在一块晶片上集成整个通信系统已成为可能。因此,研究在标准的硅工艺下,如何实现高性能、高集成化的射频或微波集成电路已成为关键问题。为此必需将无源器件(如电感、电容和电阻等)集成到硅基芯片中。无源器件的设计和应用,直接影响到电路的整体性能。尤其是如何实现高性能的片上螺旋电感,成为射频集成电路的研究重点。
本论文的主体内容是研究射频/微波集成电路中无源器件的特性,尤其是片上螺旋电感。从电磁理论角度出发,借助于商用电磁仿真软件,对各种工艺下(硅和砷化镓,着重于硅)的片上螺旋电感进行了电磁建模和分析。详尽地分析了影响螺旋电感性能的高频效应、分布效应和各种损耗机制。针对传统等效电路模型的不足,分别提出了改进形式的高频等效电路模型。结合多变量参数拟合的方法,对于特定工艺参数下的螺旋电感,拟合出与形状参数相关的多变量闭合表达式。这些表达式可以很方便地用于射频/微波集成电路的CAD设计和优化。同时,对于多层结构的螺旋电感也进行了详尽分析,并提出了相应的电路模型。另外,对于各种增强螺旋电感品质因数(Q值)的方法也进行了粗略的探讨和分析。论文的主旨在于,力图探索出一种快捷、经济、实用的无源器件的模型化方法。