毫米波共面波导建模技术研究

发布时间：2017-06-24 05:04

  本文关键词：毫米波共面波导建模技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着半导体工艺的持续发展,晶体管的截止频率和最大工作频率不断提升。根据国际半导体技术蓝图(ITRS)报导,CMOS晶体管的截止频率在2021年有望达到0.9THz,毫米波集成电路设计逐渐受到业界和学术界的重点关注。共面波导(CPW)作为微波电路设计中最基本的无源器件,具有低损耗和特性阻抗变化范围广等优点。在毫米波集成电路设计中,CPW既能作为最基本的互连线,也能在匹配电路中作为电容和电感使用。所以,如果在电路设计中可以得到精准的CPW模型,就可以大大提高毫米波集成电路性能。但是目前,CPW的研究存在两个问题:高频下的电磁场(EM)仿真不准确;在片测试数据去嵌误差大。由于这两个问题无法解决,CPW的等效电路模型在毫米波频段的精度一直不能满足电路设计的要求。本文从优化EM仿真、改进去嵌算法和建立新型等效电路模型三个方面对CPW进行了深入的研究。具体内容概括如下:1.在GaAs和CMOS工艺平台上对CPW的结构及参数特性进行了深入研究。一方面通过EM仿真,确定欧姆接触等金属层与衬底之间的位置关系;另一方面,对由频率升高及工艺偏差所引起的电导率和介电常数的变化,从仿真角度进行了反向推导。在此基础上,优化相应的CPW仿真模型参数使得该仿真模型在0.1-220GHz范围内与实测结果很好的吻合,为后续的去嵌算法研究及等效模型分析提供准确的仿真数据的支持,同时,为电路设计提供有力的CAD辅助。2.提出了一种基于EM仿真的去嵌算法。该算法无需设计额外的去嵌结构,可以节省芯片面积并大大降低流片成本。通过与多种去嵌算法的对比可以发现,论文提出的去嵌算法,其性能优于开路去嵌和开路短路去嵌算法,与目前主流的thru去嵌和Mangan去嵌算法效果相当。由于所提出的算法不需要预留去嵌结构,所以其使用要比thru和Mangan去嵌更为灵活。3.基于现有的三种传输线模型,对GaAs和SMIC 65nm两种工艺下CPW分别建立了相应的共面波导等效电路模型,并在传统经验公式和实测结果的基础上,提出一种新型、简便的参数提取方法。采用两种工艺下的实测数据对所提出的模型和参数提取方法的准确性进行了验证。实验证明,这两种模型在67GHz以内都可以很好的吻合实测结果。
【关键词】：毫米波 共面波导 EM仿真 去嵌算法 模型 参数提取
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN814
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 毫米波特点及其应用10
• 1.2 毫米波共面波导10-17
• 1.2.1 常见的CPW结构11-13
• 1.2.2 去嵌算法13-15
• 1.2.3 CPW等效电路模型15-17
• 1.3 论文的组织结构17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 传输线基本理论19-26
• 2.1 传输线的重要指标19-21
• 2.1.1 传输线的传播常数和特性阻抗19-20
• 2.1.2 传输线的传播常数和特性阻抗的提取方法20-21
• 2.2 传输线的寄生效应以及相应的等效电路模型21-25
• 2.2.1 趋肤效应21-23
• 2.2.2 邻近效应23-24
• 2.2.3 衬底中的耦合效应24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 CPW EM仿真26-36
• 3.1 CPW的HFSS仿真26-31
• 3.1.1 HFSS基本设置26-28
• 3.1.2 HFSS仿真的修正28-31
• 3.2 CPW的ADS Momentum仿真31-33
• 3.2.1 ADS Momentum基本设置31-32
• 3.2.2 端.类型设置32-33
• 3.3 EM仿真应用33-35
• 3.3.1 介电常数随频率的变化33
• 3.3.2 电导率随频率的变化33-34
• 3.3.3 介电常数和电导率对仿真的影响34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 传输线去嵌算法36-47
• 4.1 开路去嵌36-37
• 4.2 开路短路去嵌37-38
• 4.3 Mangan双线去嵌法38-40
• 4.4 thru去嵌40-42
• 4.5 仿真去嵌42-45
• 4.5.1 仿真去嵌 142-44
• 4.5.2 仿真去嵌 244-45
• 4.6 几种去嵌算法对比45
• 4.7 本章小结45-47
• 第五章 CPW模型47-59
• 5.1 现有传输线模型47-51
• 5.1.1 传统RLGC模型47-48
• 5.1.2 CPW统一模型48-50
• 5.1.3 分数阶传输线模型50-51
• 5.2 CPW1和CPW2模型51-58
• 5.2.1 CPW1模型51-55
• 5.2.2 CPW2模型55-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第六章 总结及展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 附录66

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