硅衬底上射频集成电感研究

摘要

快速增长的无线通信市场的巨大需求造成了对射频集成电路的需求.由于硅衬底集成电路制造成本相对较低,并且便于数字和模拟部分的集成,使得硅CMOS RF集成电路成为较好的选择.最近几年,世界各国的研究人员在CMOS射频集成电路的设计和制作方面进行了大量的研究,使CMOS射频集成电路的性能不断得到提高.在无线通信技术对CMOS射频集成电路需求的大背景下,本论文在大量深入调研的基础上,围绕射频集成电路中必不可少的、有多种应用的无源器件--硅集成电感进行研究,得到了一些新的结果和新的集成电感优化方法.主要的研究工作和创新结果摘要如下:1.在大量文献调研的基础上,总结了硅集成电感的研究现状与进展,详细介绍了硅集成电感的结构和物理模型,分析了集成电感Q值的含义,推导了平面螺旋型硅集成电感值和Q值的表达式,介绍了集成电感的制作工艺和测试方法,归纳了提高硅集成电感Q值的各种方法.2.在分析硅衬底上射频螺旋电感物理模型的基础上,从几何参数、工艺参数及电感组成形式考虑,用模拟软件ASITIC(Analysis and Simulation of Spiral Inductors and Transformers for ICs)对影响电感值和Q值及谐振频率的各参数进行全面详尽的模拟,得出了几条实用的设计原则且用此模拟方法与所得结论均可有效地指导射频集成电路中集成电感的设计.3.基于平面螺旋电感的物理模型,提出了一种使用克隆选择算法优化电感设计参数的优化技术.应用这种技术,人们无需再通过低效率、局部最优的等Q值线图方法来求取Q值最佳的电感设计方案.由于这种优化技术将全局搜索与局部搜索结合,克服早熟缺点,收敛速度快,从而达到快速求取Q值的最佳设计方案.仿真结果表明该优化方法较等Q值线图法设计电感性能有所提高,为设计集成电感提供一种好的选择.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1硅微电子技术的发展

1.2通信技术热点及射频集成电路的出现

1.3选题背景

1.4论文的研究内容和结构

第二章硅集成电感物理模型

2.1集成电感介绍

2.2电感计算

2.2.1电感的基础定义

2.2.2 Grover法

2.3等效电路模型和参数提取

2.3.1高频寄生效应

2.3.2电感等效电路模型

2.3.3参数提取

2.4品质因数Q

2.4.1品质因数基础定义

2.4.2 Q值提取方法

2.5小结

第三章硅工艺的电感制作及发展状况

3.1常规射频集成电感硅工艺实现

3.2硅集成电感研究进展及提高Q值的方法

3.3电感测试法

3.4小结

第四章集成电感的模拟及实用结论

4.1 ASITIC介绍

4.2模拟和分析结果

4.2.1几何参数

4.2.2工艺参数

4.2.3组成形式

4.3设计原则

4.3.1从几何参数考虑：

4.3.2从工艺参数考虑：

4.3.3对于多层电感来说：

4.4小结

第五章基于克隆选择算法的平面螺旋电感优化技术

5.1克隆选择算法

5.1.1基本概念

5.1.2克隆选择算法CSA(Clonal Selection Algorithm)

5.1.3简单克隆选择算法的收敛性

5.2平面螺旋电感优化技术

5.2.1采用克隆选择算法优化原因

5.2.2优化算法的设计过程

5.3优化结果及分析

5.4小结

全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

附录A

附录B