硅基CMOS毫米波前端关键电路研究与设计
发布时间：2021-08-17 22:58
毫米波集成电路在高速/宽带通信、雷达、探测等领域具有广阔的前景。伴随着CMOS工艺进步,基于硅基CMOS设计低成本、低功耗的毫米波前端电路已成为可能。然而在毫米波频段,特别是100 GHz以上,CMOS工艺衬底损耗的影响增大、MOS晶体管的有效跨导降低、击穿电压降进一步降低以及缺少准确器件模型等因素给电路设计带来了挑战,如何通过无源元器件、电路结构优化,设计方法的探索,实现更高频段硅基毫米波集成电路,已成为国际上的研究热点。本论文基于硅基CMOS工艺,以毫米波收发前端系统为设计目标,围绕毫米波收发前端集成电路设计展开了研究,主要的工作与创新如下:1)在D波段（110-170 GHz）,首次采用了（MOS）电容中和技术,设计实现了 一款工作频率范围为110-147 GHz的低噪声放大器,并在65 nm CMOS工艺上流片验证。通过调节漏极电感各级放大器的主极点分布拓展带宽,电路实现了37 GHz的3 dB带宽,小信号增益最大值为14.9 dB,最小噪声为7.8 dB。与当前文献报道对比,该电路在增益带宽积方面的性能优异。2)基于65 nm CMOS工艺,研究并设计了 一款高可靠性OOK功...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１频谱资源使用情况??高速、大数据通信和日益紧张的频谱资源促进了无线通信技术向着毫米波频??
号焊盘与地焊盘之间的边缘电容；２）、满足工艺规则要求前提下，减小地焊盘上??的电阻和电感；３）、减小信号在所设计Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘上的传输损耗。??Ｇ－Ｓ－Ｇ测试焊盘俯视图和截面图如图２所示。地焊盘采用了“格子”的方式??布线，满足了工艺规则对金属布线的要求，同时减小了地焊盘上引入的寄生电阻??和电感。以减小信号焊盘与地焊盘之间的边缘电容为目标，设计的信号焊盘的尺??寸为５０ｘ５５?ｐｍ２，小于地焊盘的尺寸（８０ｘ１０６．５叫ｎ２）。同时信号焊盘的金属下方??没有使用金属地，减小了信号焊盘与金属地之间的电容。地焊盘通过工艺中的最??低层金属（Ｍｌ）在图２中标注为ＧＡ处相连，实现了?ＧＳＧ地焊盘同电位。此外，??通过优化图２中ＧＡ标注处信号线与地焊盘之间的间距，可减小所设计Ｇ－Ｓ－Ｇ焊??盘的信号传输损耗。??７．＿：‘〒封?Ｇ?Ｓ?Ｇ??：?＂川ｎ?ｒｎＴｙｎ??＼醒分竊十嫩?Ｍ８＜－ｉ?■??……＂＇ｉ“?？．…??—＾?ｔ?ｍｉ?ｌ??图２．１?Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘平面及截面示意图??通过全电磁场仿真来评估Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘的传输性能，考虑电路在片测试时，??探针通常会压在Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘中心位置
?１１０?１２０?１３０?１４０?１５０?１６０?１７０??■ＨＨ??图２．?２?Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘ｐｏｒｔ不意图及Ｓ参数曲线??２．１．２传输线??当电路的工作频率进入毫米波频段后，特别是１００?ＧＨｚ以上时，电路中的??匹配网络或谐振器中使用的无源元件的电抗值变小，尺寸变小，并且随着电路工??作频率的提高，传输线的尺寸与１／８波长［３８］逐渐变得可比拟。同时，传输线设计??比较灵活，易于实现宽带电路，且在电路的版图设计中易于实现，被广泛应用于??电路设计中［％４（）］。根据使用的传输线上传输的信号不同，将其分为传输单端信号??的单支线和传输差分信号的差分线两种类型，分别如图２．３?（ａ）和（ｂ）所示，??＿＿??（ａ）?（ｂ）??图２．３承载单端信号的单支线（ａ）和承载差分信号的差分线（ｂ）??此外，在电路设计中，可以采用如图２．４所示的折叠结构的传输线，以减小??芯片面积。??本论文在设计传输线时
本文编号：3348671
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１频谱资源使用情况??高速、大数据通信和日益紧张的频谱资源促进了无线通信技术向着毫米波频??
号焊盘与地焊盘之间的边缘电容；２）、满足工艺规则要求前提下，减小地焊盘上??的电阻和电感；３）、减小信号在所设计Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘上的传输损耗。??Ｇ－Ｓ－Ｇ测试焊盘俯视图和截面图如图２所示。地焊盘采用了“格子”的方式??布线，满足了工艺规则对金属布线的要求，同时减小了地焊盘上引入的寄生电阻??和电感。以减小信号焊盘与地焊盘之间的边缘电容为目标，设计的信号焊盘的尺??寸为５０ｘ５５?ｐｍ２，小于地焊盘的尺寸（８０ｘ１０６．５叫ｎ２）。同时信号焊盘的金属下方??没有使用金属地，减小了信号焊盘与金属地之间的电容。地焊盘通过工艺中的最??低层金属（Ｍｌ）在图２中标注为ＧＡ处相连，实现了?ＧＳＧ地焊盘同电位。此外，??通过优化图２中ＧＡ标注处信号线与地焊盘之间的间距，可减小所设计Ｇ－Ｓ－Ｇ焊??盘的信号传输损耗。??７．＿：‘〒封?Ｇ?Ｓ?Ｇ??：?＂川ｎ?ｒｎＴｙｎ??＼醒分竊十嫩?Ｍ８＜－ｉ?■??……＂＇ｉ“?？．…??—＾?ｔ?ｍｉ?ｌ??图２．１?Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘平面及截面示意图??通过全电磁场仿真来评估Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘的传输性能，考虑电路在片测试时，??探针通常会压在Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘中心位置
?１１０?１２０?１３０?１４０?１５０?１６０?１７０??■ＨＨ??图２．?２?Ｇ－Ｓ－Ｇ焊盘ｐｏｒｔ不意图及Ｓ参数曲线??２．１．２传输线??当电路的工作频率进入毫米波频段后，特别是１００?ＧＨｚ以上时，电路中的??匹配网络或谐振器中使用的无源元件的电抗值变小，尺寸变小，并且随着电路工??作频率的提高，传输线的尺寸与１／８波长［３８］逐渐变得可比拟。同时，传输线设计??比较灵活，易于实现宽带电路，且在电路的版图设计中易于实现，被广泛应用于??电路设计中［％４（）］。根据使用的传输线上传输的信号不同，将其分为传输单端信号??的单支线和传输差分信号的差分线两种类型，分别如图２．３?（ａ）和（ｂ）所示，??＿＿??（ａ）?（ｂ）??图２．３承载单端信号的单支线（ａ）和承载差分信号的差分线（ｂ）??此外，在电路设计中，可以采用如图２．４所示的折叠结构的传输线，以减小??芯片面积。??本论文在设计传输线时
本文编号：3348671
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