硅基集成螺旋电感的研究及片上天线的设计和优化

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1、复旦大学硕士学位论文硅基集成螺旋电感的研究及片上天线的设计和优化姓名：张洁申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：闵昊2002.5.19摘要摘要这篇论文主要分为两个部分：一是硅基集成螺旋电感的建模、分析和优化：二是片上天线的设计和优化。在第一部分中．我们首先比较了硅基集成螺旋电感的三种建模和仿真方法，并且具体分析了硅基集成螺旋电感的各种损耗因素及它们对螺旋电感性能的影响：在此基础上，我们思考和总结了多种提高硅基集成螺旋电感品质因素的有效方法，并讨论了在一定应用中的硅基集成螺旋电感的设计和优化，这些研究可以有效指导工作

2、在GHz频段的nH数量级的硅基集成螺旋电感的没计和优化。论文的第二部分探讨了在标准c们s工艺上将非接触Ic卡的外置天线集成到片内的可能性，并对以硅葚集成螺旋电感形式实现的片上天线的设计和优化进行了积极的思考和尝试。f片上天线的模拟结果表明，在外界磁感应强度为10高斯、系统电路梭的等效内阻约5KQ的情况下，～个内径din=1．41．4∥m，外径dour=2000,urn．即芯片面积为2ram：的片上天线可以产生3佚以上的片上电压，提供大、于1．8毫瓦的功率。心关键词：硅基集成螺旋电感j品质因素j片上天线．单芯片非接触Ic音

3、砖基集成蝶旋电堪的研宄及片上天线的设“和优化AbsIractAbstractThisthesisconsistsoftwomainpartsOneisthemodeling．anatysiSandoptimizationofspiralinduetorsonsilicon．Theother1sthedesignandoptimizationofon—chipuntemna．inthefirstDartthreemajorgroupsaboutthemodelingandsimulationofspiralinduetor

4、sarecomparedfirst．Thevariouslossmechanismsandtheireffectsontheperformanceofspiralinduetorsaresummarizedanddiscussedindetail．WealsoconsidermanyusefulmethodstoimprovethequalltyfactorofspiralinductorsanddiSCUSShowtodesignandoptimizespiralinductorsinucertainapplicati

5、on．ThepossLbiiltvofintegratingon—chipantennaintocontactlessICcurdinstandardCMOStechnologyLsconsideredinthesecondpart．Thisantennacannotonlybeusedaspowergenerator．butalsoassignalrecoverer，ImprovingtheefficiencyiSthekeyindesignandoptimizutionofsuchon—chlPantenna．Her

6、eisaslmulationresult，Whenthemagne‘icfluxdensityis10GaussandtheequivalentresistanceofthecorecircultLs5，000ohms．a2mm’on—chipantennamithinnerdiameterof1414姗．outerdiameterof2000p．mcangenerace3Von—chiPsupply，whichCOUldsupport1．8mⅣpowerKeyWords：Spiralinductoronsilicon．

7、Qualityfactor．0n—Chipantenna，SinglechipcontactlessrCcard第一章引言第一章引言【．I关于硅基集成螺旋电感随着CMOS工艺的进步，晶体管的截止频率^变得越来越高，这使CMOS集成电路在较低GHz频率范围的应用目益广泛。和GaAs工艺相比，CMOS工艺在价格，功耗方面都占有显著的优势，同时在C,ⅥOS工艺中，模拟和数字电路可以集成在一起，因此可以实现更高程度的集成。尽管在CMOS=[艺上集成晶体管、二极管、电容和电阻都很容易，但要实现单片CMOSf}}频集成电路仍然有一定

8、的固难。我们知道，射频集成电路的所有重要子单元中都要甩到电感，电感占据了射频集成电路的很大部分面积，其性能好坏也直接影响了射频集成电路的总体性能，因此．片上电感在单片删os射频集成电路的实现中是一个非常重要的课题。硅基集成螺旋电感是实现片上电感的主要方式，它利用集成电路中的金属连线围绕形成螺旋状而使元件具有电感的特性