基于传递函数的片上变压器及HEMT器件建模
随着无线通信技术的发展，中低频段分布越来越密集，迫使电路的工作频段向更高的频率发展。有源器件和无源器件结构的不断开发使它们的截止频率已经突破了100GHz，这使得毫米波段的集成电路的多样化设计成为可能。另一方面，器件的建模对于毫米波集成电路的设计与仿真都至关重要，严重影响着芯片的成品率。然而，由于复杂的物理结构，器件在毫米波波段中的电磁场分布极其复杂，致使毫米波应用的器件宽带高精度模型极难建立。这也间接限制了电路设计的进步。因此，宽带、高精度和高效的片上器件模型亟待开发。
本文主要对片上变压器和高电子迁移率晶体管(HMET)进行了模型相关的研究，分析器件的物理特性，分别建立了新的1-π宽带模型和小信号封装模型。通过传递函数的分析，利用向量拟合方法提出了更优的、高效的参数提取方法。
首先，本文阐述了建模的重要性，介绍了片上变压器和HEMT建模的研究背景和现状。对现有的几类建模方法进行了分析，总结出行为描述与等效电路模型相结合的建模方法。接着介绍了行为描述中常用到的传递函数有理近似方法，并详细分析了向量拟合、矩匹配法等模型降阶思想的优缺点，并指出了向量拟合方法在模型降阶中的优势，以及在传递函数近似中的灵活性。
然后，根据片上变压器的结构特点，分析了经典的1-π、2-π及T型等效电路模型的优缺点，总结了它们的适用范围。在深入理解器件高频寄生效应的基础上，建立了基于传递函数的变压器1-π模型。并应用本文提到的向量拟合方法，在MATLAB中直接自动实现模型参数的提取，体现出了提取的高效性。该模型在SMIC0.18um RF CMOS工艺的变压器100GHz测试数据中得到了验证，具有极好的宽带高精度。
最后，综合已有的封装HEMT小信号模型，提出了新的封装小信号模型。针对冷FET S参数提取方法中存在的缺陷，根据传递函数近似的拟合思想，提出了新的参数提取方法。用向量拟合方法直接剥离外部参数，再提取内部参数，实现了模型参数的直接自动提取。该模型及其提取方法在100GHz的GaAs测试数据得到了验证，实现了高精度建模。
传递函数;向量拟合;片上变压器;高电子迁移率晶体管;物理特性
杭州电子科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
余志平;孙玲玲
2013
中文
TP368.1
63
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）