基于CMOS工艺的毫米波变压器的设计文献综述

 2023-08-17 03:08

文献综述(或调研报告):

1.文献[1]

对硅集成电路工艺制造的无源变压器的电路性能进行了全面的综述,详细考虑了两种类型的变压器结构,并通过计算机仿真和实际测量展示了二端口与多端口变压器的特性。从电路角度概述了变压器线圈之间的寄生效应及不完全耦合效应。表明了谐振调谐可以通过牺牲工作带宽来减少输入和输出之间的损耗。概述了估算单片变压器尺寸以满足给定规格的过程,并给出电路示例说明了单片变压器在射频集成电路中的应用。并对版图的几种不同配置方式进行了分析。

Shitaba配置方式由两个平行导体组成,互相缠绕,主端与次端在同一平面上,这样设计较为简单,但缺点时线圈不对称,初级线圈和次级线圈的总长度不相同。这将影响匝数比的计算,即使每个线圈上金属匝数相同,匝数比也不等于1;Frlan配置方式使用了相同的互绕螺旋线,消除了上述的固有的不对称性,确保了匝数相同时,初级和次级的电路特性相同。另外一个优点时变压器端子位于版图的相对两侧,方便了与其他电路的连接;Finlay配置方式使用了多个导体层,即堆叠导体。这样可以显著地减小版图的面积。但同时因为线圈在不同金属层上实现,电路特性将不对称。需要调整层间的关系例如使上下层金属偏移一定距离,来改善这一类情况。随着科技不断进步,硅技术的金属间电介质的厚度会更大,介电常数会更低,这将不断改善堆叠式变压器的性能。

接着分析了版图的等效电路模型,给出了实际磁化电感与泄漏损耗电感间的关系,提出了如下的一个电路模型:

图1 1:n变压器电路模型。

此时,互感的表达式变为: .。

在高频工作时,寄生电容的影响增加,基板和线圈间的寄生电容会与每个线圈的电感谐振。当频率增加到自谐振频率之上时,变压器输入端的电抗会表现为电容性,这会影响变压器的性能。此自谐振频率也被定义为上限频率。使用差分驱动可以使得寄生器件在给定频率下拥有更大的阻抗,这会减小输入阻抗的实部值,同时增加输入阻抗的电抗分量,从而改善上限频率。与单端驱动相比,微带线圈的差分驱动可以提供更高的上限频率和更大的带宽。

后续给出了两种配置方式下同相与反相仿真结果的对比。可以得出堆叠式变压器相比平面式变压器,片面积更小,耦合系数更大,衰减频率也更高,比较适合本次课题的指标要求。此文献为设计入门提供了许多有价值的参考。

2.文献[2]

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