混合信号ic中差分电感器设计和优化

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1、～102王如5钽旦大擎学校代码j10246学号I04305213l硕士学位论文(专业学位)混合信号IC中差分电感器的设计和优化院系(所)：一堕宴耍婴塑堕专业：电子与通信工程姓名：钱蔚宏指导教师：丁士进副教授完成日期：2006年9月16日摘要随着无线通讯市场的快速成长，以系统级芯片为趋势的硅基射频和混合信号集成电路逐渐以低成本、低功耗等优势崛起，开始在吉赫兹频段得到广泛的应用。硅衬底片上螺旋电感在一些单元电路，如低噪声放大器、压控振荡器、混频器、中频滤波器、功率放大器中起着非常重要的作用，其设计和优化己成为整个电路成功设计的关键之一。普通螺旋电感器为单进单出的结构，信号

2、会受到周围环境的干扰；而差分电感器是采用双进双出的结构，信号只取它们之间的差值即可，因此抗于扰性好。此外，差分电感器还采用互为环绕的构型，大大减小了版图面积。随着射频电路技术的发展，差分电感器将会逐步取代普通螺旋电感器。本文以典型O．13um混合信号工艺制造的差分电感器为例，针对片上电感器的三个重要特性参数：电感值、品质因数和自谐振频率进行了分析。结果表明：(1)电路的工作频率和结构基本决定其所需的电感值，且电感值是电感器最重要的参数。(2)品质因数是表征储能元件性能好坏程度的重要指标之一，从品质因数可以判断电感器所储存的磁场能是否可以用在线路振荡中。(3)电感器的自

3、谐振频率决定了电感器的工作频率。另外，从线路版图中可以看到，电感器在混合信号集成电路中占据着很大～部分面积，能在有限的空间实现所需的差分电感器也是我们的目的。本文首先分析了0．13um混合信号Ic制程对差分电感器特性参数有根本的提高(与O．18uInIC制程相比)；差分电感器比普通螺旋电感器在品质因数上有很大的提高。其次研究了结构对差分电感器性能的影响，即差分电感器版图的线宽、线隙、圈数、半径、形状(如圆形、八角形、方形)等各种版图参数对差分电感器的电性参数的影响：分析了普通的差分电感器耦合电容较大而引起的自谐振频率降低的版图结构，并提出了改善意见。最后，本论文采用多

4、层差分电感结构，并利用O．13嗽cMOS混合信号集成电路制程八层金属的优势，将差分电感的设计引入纵深方向，从而缩小了版图面积。进一步对差分电感器的损耗机制等进行了分析，探索了如何在现有工艺中最大限度地避免衬底损耗和地屏蔽对差分电感器0值的优化作用。总之，本论文在既定的集成电路制造工艺条件下，对在吉赫兹(GHz)频段进行纳亨(nH)数量级差分电感器进彳亍结构设计和优化，制造出了低成本、高性能的差分电感器，对业界具有很重要的意义和价值。关键词：差分电感、片上螺旋电感、射频集成电路、混合信号集成电路、硅衬底AbstractW汕merapiddevelopmentofinte

5、gratedcircuitstec王lIl0109yonsmconand谢relesscommuIlicationmarket，11i曲lyintegratedradio矗℃quencycnuits(RFICs)areappliedwidelyinlowGHzfrcquenciesbaIldfortheadVamagesofIowcost，10wpoweLAsacriticalroleinRFICfhctioncellsuchasLNA，VC0，Mixer，IFFilterandPAetc，thedesignandoptimizationofmon01imicspim

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7、wever'currentnowsinthes锄edirectionalongeacha由acentconductoLThisrcinforcesthemagneticfieldpmducedbythepamllelgroupsofconductorsandincreasestheoverallinductallce．Inthispaper，symme仃icdi丘bremialinductorthatmanufacturedby0．13umstandardmixed-signalCMOSprocessonsiliconsubg时ateisdescri