一种高Q值高耦合叠层射频变压器的设计

经 龙,秦会斌,胡炜薇

(杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所,浙江 杭州 310018)

随着集成电路产业的迅猛发展以及科技的快速进步,无线通讯技术取得了重大进展。目前,人们的生活中随处可见无线通讯技术的产物:手机、卫星导航和卫星电视等。而随着现代通信技术的迅速发展,无线通信产品向着高通信频率、高传输速率以及微型化等方向发展。与此同时,对电子器件的技术要求也在不断地提高。目前,许多射频集成电路(RFIC)的设计都是通过片上变压器来实现,包括功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、压控振荡器(VCO)、混频器和倍频器等[1-7],与其他电路实现方式相比,片上变压器具有无可替代的优点。

目前,有关片上变压器的建模、分析和应用等方面的研究日益增多[8-11]。Ren等[12]提出了一种多径技术,每一个线圈都是由三个线圈并联而成,并且内部线圈的宽度低于外部线圈宽度。经全波电磁仿真和测试结果表明,该变压器的性能优于常规变压器,但是存在面积较大的问题;Hsu等[13]采用单匝叠层结构设计了一种尺寸为100μm×100μm的片上变压器,该变压器的面积较小,但是在3 GHz时品质因数仅为2.4,损耗较大。Khan等[14]设计了一种单金属层无交叉的片上变压器,该变压器在500 MHz时品质因数为5.92,在1 GHz时耦合效率为0.77。其工作频率和耦合系数较低。

针对以上问题,本文提出了一种用于硅基射频集成电路的叠层片上变压器,基于TSMC 0.13μm 1P6M CMOS工艺,采用半圆形的线圈结构,并用背硅刻蚀工艺改进硅衬底,从而达到提升变压器的性能和缩小变压器芯片面积的目的,可广泛地应用于射频集成电路中。……