rf+mems电感与其在lc无源滤波器中的应用

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1、东南大学顾L学位论文匹配网络损耗l，o滤波器损耗1，Q系统噪声系数I／Q众所周知，通信系统的单片集成具有降低成本、功耗、面积、实验费用，增加可靠性、精度高和设计灵括性的好处。现代半导体技术的快速发展对通信系统的集成化起到了巨大的推动作用，尽管如此．未来通信系统集成技术的制约因素仍然存在：那些体积大、昂贵的片外无源RF元件，例如高Q值电感、电容、变容器和陶瓷滤波器等，它们在系统中不仅占据较大的空间，而且消耗较多的功率，成为系统小型化与便携化的瓶颈。在这其中．由于电感的应用范围广泛，实现高品质的片上集成电感更是成为一种迫切要求。1．2

2、片上电感研究进展和存在的问题目前．射频集成屯路中片上电感的实现方式主要有：有源电感、键台线电感和金属互连线电感三种。其中，金属互连线电感是片上电感研究和使用的主要对象。有潺电碴，在低频段时，可以通过使用有源器件来模拟电感的特征，从而避免使用真实电感，弗能够实现比较大的电感值和Q值‘叫。但是，随着频率增加，有源器件的增益下降，使有源电感实现变得比较困难：而且，有源电感需要占J}j电压．会降低其他电路的电压使用范围，限制了电路的动态范围；有源电感最大的不足是给其应辟5电路引入较大噪声，例如在LC可调振荡器中，庶片j有源电感会使相付嵘卢

3、变得更坏。这些缺点都严重地限制了有源电感的应用范围。键合绞电感，在甚片的两个焊点闻、焊点与封装间以及封装与封装同焊接的金属线称为键台线电感”J[Sl(bondwireinductor)。一般键合线的材料都是金(Au)，其电阻率小，实现的电感0值较高。但是，由丁焊线在制作过程中不可避免的长度偏差以及金属线直径偏差，导致电感量发生变化，所以键台线电感的一致性差；另外，使用键台线电感无法获得较大的电感量；而且，由焊盘等引起的寄生电容比较太，遗成电感值的波动_人，使键合线电感的可预测性和重复性茸，从而限制了它的，、泛应刚。(a)(b)图L

4、2(a)有源电感”J：(b)键台线电感金属互连线电感，利崩集成电路中的金属互连线用绕成螺旋状而使其具有电感的特性．因此也叫做片上平面螺旋电感卜”】。金属互连线电感采用标准的Ic丁艺制造，其电感值准确，稳定性好．可以实现的电感值范围比较人，具有}H强的设计灵活性，I珂此被J。泛采圳，是片上电感的土要形式，也是本论文研究的士要内容。在本文之后内容中出现的片上电感都是指金属互连线电感。由丁射频时片上电感众多的寄生效应以及由此产生的严重的射频损耗．片上电感的品质因数和谐振频率一直比较低。例如．利Ⅲ标准CMOSI艺制作的片上电感的品质因数一

5、般不超过lo。表l2总结了这三种片E电感的实现方式和出现的问题。知【一■簸I■孽整。第一章绪论表l2片上电感的实现和问题有源电感在低频段时通过使用有源器件模引^较大噪声．功耗较大，高拟电感的特征额下难以应用键合线电感两个焊点间、焊点与封装间及封寄生电容比较大，电寤值的波装与封装问焊接的金属线动大，电感的可预测性和重复性差金属互连线电感Ic工艺中的金属互连线围绕成螺品质因数低，自谐振频率低。旋状而使其具有电感的特性占用芯片面积大1．3RFMEMS电感及MEMS-LC无源滤波器研究进展l3，lRFMEMS综述微电子机械系统(MEMSM

6、icl_0-ElccRo-Mechanic．alSystems)起源r上世纪50石0年代．是新兴的、跨多学科的高科技领域””。早在七十年代，美国学者就提出了基于硅半导体材料的微机械的设想．到了1988年．美国加州大学伯克利分校Mullet研究小组发表的转子真径为6¨loo岬的硅静电马达在当时引起了轰动．于是到1989年，NSF召开的研讨会上首次提山了MEMS一词，从此MEMS一词新渐成为一个世界性的学术用语．MEMS技术的研究开发也日益成为国际上的一个热点。MEMS将微电子系统和其它微型信息系统相结合，从而可以将非电学领域的问题转

7、化为电学领域，利用电学领域已有的成果进行处理和研究i而且电学领域的问题也可咀转化为非电学领域进行处理。MEMS的出现和应用．是要把信息获取、处理和执行一体化的集成在一起．使之成为真正的信息处理系统，因此它对信息技术的革命意义是不言而喻的．MEMS的这种优势使得其发展相当迅速，在信息、通讯、航空、航天、生物、医疗、环保、工业控制等领域都有广泛的应用前景。目前国际上通常将^砸MS冠以lnc柑a1．．oDtic小．Chemical．．Bio-．RF．．power-等前缀咀表示不同的应用领域。总之，有理由相信，MEMS技术是微电子技术的又

8、一次革命，它对2l世纪的科学技术，生产方式和人类生活都会产生深远的影响。RFMEMS(RadioFrequencyMEMS)是MEMS在射频／微波频段的应用．它在移动电话和不断更新换代的消费类电子产品和其它rr方面的应用的推动F，将是MEMS的领域