射频集成电路片上电感的分析与优化设计 [博士论文]

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原帖由T.Itoh于2007-11-22 14:29发表:
射频集成电路片上电感的分析与优化设计
Analysis and Optimum Design of On-Chip Inductor for RF ICs
--------------------------------------------------------------
复旦大学  博士学位论文  微电子学与固体电子学专业

PDF 129页

第一章 引言
1.1市场需求和技术推动 1
1.2电感在射频集成电路中的作用 2
1.3 片上电感研究进展和存在的问题 2
1.3.1集成电感 3
1.3.2 金属互连线电感的研究现状 4
1.3.3 金属互连线电感研究存在的问题 5
1.4 论文的组织结构 6
参考文献 7
第二章 片上电感的物理模型与特性分析
2.1 串连电感 10
2.1.1 自感 10
2.1.2 互感 11
2.1.3 电感值的计算 12
2.1.4 电感值与面积成本 13
2.2 片上电感的实现与物理特性 13
2.2.1 金属互连线电感的结构 13
2.2.2 寄生与损耗分析 15
2.2.3 品质因数和自谐振频率 16
2.3 电感寄生电容模型 17
2.3.1 分布电容模型 17
2.3.1.1 假设和定义 18
2.3.1.2 电感贮存电能和寄生电容 20
2.3.2 平面螺旋电感的寄生电容定量计算 22
2.3.3 垂直螺线管电感的寄生电容定量计算 26
2.3.4 平板电容计算 33
2.4 串联电阻分析 33
2.4.1 直流电阻 34
2.4.2 趋肤效应电阻 34
2.4.2.1 趋肤效应 35
2.4.2.2 趋肤效应电阻 37
2.4.3 邻近效应电阻 40
2.5 衬底物理模型和损耗分析 42
2.5.1 衬底的变压器效应 43
2.5.1.1 衬底磁能损耗物理模型 43
2.5.1.2 衬底磁能损耗数学解析 43
2.5.2 衬底电容耦合损耗 48
2.5.2.1 衬底电容耦合损耗物理模型 48
2.5.2.2 衬底电容耦合损耗数学解析 49
2.5.3 衬底耦合 50
2.5.4 衬底温度效应 50
2.6 小结 51
参考文献 51
第三章 片上电感的优化设计
3.1 增大耦合系数的方法 55
3.1.1 增大同平面线圈耦合系数的方法 55
3.1.2 增大垂直串连耦合系数的方法 57
3.1.3 垂直螺线管电感优化设计 58
3.2 寄生电容降低方法 60
3.2.1 结构上降低线圈与衬底之间寄生电容的方法 60
3.2.2 结构上降低线圈与衬底之间寄生电容的方法 62
3.2.3 改进工艺降低电感寄生电容 63
3.3 降低串联电阻的方法 64
3.3.1 降低直流电阻方法 64
3.3.1.1 结构上降低直流电阻 64
3.3.1.2 工艺上降低直流电阻 65
3.3.2 电流拥挤效应抑制 66
3.3.2.1 趋肤效应抑制 66
3.3.2.2 邻近效应抑制 69
3.3.2.3 多电流路径抑制电流拥挤效应的版图优化设计方法 72
3.4 衬底的损耗抑制 75
3.4.1 衬底涡流损耗的抑制方法 75
3.4.2 降低衬底电容耦合损耗的方法 76
3.4.3 衬底耦合的降低 78
3.5 电感应用电路优化设计方法 79
3.5.1 高性能片上电感的标准 79
3.5.2 压控电感自调谐振荡器 80
3.5.3 pn结衬底隔离中心频率偏差校正 82
3.5.4 金属地屏蔽 83
3.6 小结 83
参考文献 84
第四章 测试与分析
4.1 在片测试和去嵌入 88
4.1.1 地屏蔽的开路通路去嵌入结构 89
4.1.2 可缩放的开路通路去嵌入方法 91
4.2 测试分析 93
4.2.1 流片测试 93
4.2.2 平面螺旋和螺线管电感 94
4.2.3 差分和单端电感 97
4.2.4 结构上降低差分电感临近线圈寄生电容的方法 99
4.2.5 电感串连电阻降低方法 100
4.2.5.1 结构上降低直流电阻 100
4.2.5.2 多电流路径电感 101
4.2.6 降低衬底效应方法的验证 106
4.2.6.1 pn结抑制衬底高频电流 107
4.2.6.2 各种地屏蔽比对 107
4.2.6.3 不同测试功率下的衬底损耗 109
4.3 小结 110
参考文献 111
第五章 结论
5.1 总结 112
5.2 展望 113
附录一 趋肤深度公式推导 115
附录二 两个平行线圈的耦合系数 118
附录三 两种去嵌入方法 119
附录四 双端口网络 120

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射频集成电路片上电感的分析与优化设计
Analysis and Optimum Design of On-Chip Inductor for RF ICs
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复旦大学  博士学位论文  微电子学与固体电子学专业

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第一章 引言
1.1市场需求和技术推动 1
1.2电感在射频集成电路中的作用 2
1.3 片上电感研究进展和存在的问题 2
1.3.1集成电感 3
1.3.2 金属互连线电感的研究现状 4
1.3.3 金属互连线电感研究存在的问题 5
1.4 论文的组织结构 6
参考文献 7
第二章 片上电感的物理模型与特性分析
2.1 串连电感 10
2.1.1 自感 10
2.1.2 互感 11
2.1.3 电感值的计算 12
2.1.4 电感值与面积成本 13
2.2 片上电感的实现与物理特性 13
2.2.1 金属互连线电感的结构 13
2.2.2 寄生与损耗分析 15
2.2.3 品质因数和自谐振频率 16
2.3 电感寄生电容模型 17
2.3.1 分布电容模型 17
2.3.1.1 假设和定义 18
2.3.1.2 电感贮存电能和寄生电容 20
2.3.2 平面螺旋电感的寄生电容定量计算 22
2.3.3 垂直螺线管电感的寄生电容定量计算 26
2.3.4 平板电容计算 33
2.4 串联电阻分析 33
2.4.1 直流电阻 34
2.4.2 趋肤效应电阻 34
2.4.2.1 趋肤效应 35
2.4.2.2 趋肤效应电阻 37
2.4.3 邻近效应电阻 40
2.5 衬底物理模型和损耗分析 42
2.5.1 衬底的变压器效应 43
2.5.1.1 衬底磁能损耗物理模型 43
2.5.1.2 衬底磁能损耗数学解析 43
2.5.2 衬底电容耦合损耗 48
2.5.2.1 衬底电容耦合损耗物理模型 48
2.5.2.2 衬底电容耦合损耗数学解析 49
2.5.3 衬底耦合 50
2.5.4 衬底温度效应 50
2.6 小结 51
参考文献 51
第三章 片上电感的优化设计
3.1 增大耦合系数的方法 55
3.1.1 增大同平面线圈耦合系数的方法 55
3.1.2 增大垂直串连耦合系数的方法 57
3.1.3 垂直螺线管电感优化设计 58
3.2 寄生电容降低方法 60
3.2.1 结构上降低线圈与衬底之间寄生电容的方法 60
3.2.2 结构上降低线圈与衬底之间寄生电容的方法 62
3.2.3 改进工艺降低电感寄生电容 63
3.3 降低串联电阻的方法 64
3.3.1 降低直流电阻方法 64
3.3.1.1 结构上降低直流电阻 64
3.3.1.2 工艺上降低直流电阻 65
3.3.2 电流拥挤效应抑制 66
3.3.2.1 趋肤效应抑制 66
3.3.2.2 邻近效应抑制 69
3.3.2.3 多电流路径抑制电流拥挤效应的版图优化设计方法 72
3.4 衬底的损耗抑制 75
3.4.1 衬底涡流损耗的抑制方法 75
3.4.2 降低衬底电容耦合损耗的方法 76
3.4.3 衬底耦合的降低 78
3.5 电感应用电路优化设计方法 79
3.5.1 高性能片上电感的标准 79
3.5.2 压控电感自调谐振荡器 80
3.5.3 pn结衬底隔离中心频率偏差校正 82
3.5.4 金属地屏蔽 83
3.6 小结 83
参考文献 84
第四章 测试与分析
4.1 在片测试和去嵌入 88
4.1.1 地屏蔽的开路通路去嵌入结构 89
4.1.2 可缩放的开路通路去嵌入方法 91
4.2 测试分析 93
4.2.1 流片测试 93
4.2.2 平面螺旋和螺线管电感 94
4.2.3 差分和单端电感 97
4.2.4 结构上降低差分电感临近线圈寄生电容的方法 99
4.2.5 电感串连电阻降低方法 100
4.2.5.1 结构上降低直流电阻 100
4.2.5.2 多电流路径电感 101
4.2.6 降低衬底效应方法的验证 106
4.2.6.1 pn结抑制衬底高频电流 107
4.2.6.2 各种地屏蔽比对 107
4.2.6.3 不同测试功率下的衬底损耗 109
4.3 小结 110
参考文献 111
第五章 结论
5.1 总结 112
5.2 展望 113
附录一 趋肤深度公式推导 115
附录二 两个平行线圈的耦合系数 118
附录三 两种去嵌入方法 119
附录四 双端口网络 120

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