毕业设计（论文）-低噪声放大器的版图设计.doc

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1、目 录摘要1Abstract2第一章 绪论311 微波集成电路的发展历史和发展背景312 微波单片集成电路的发展概况313 低噪声放大器的研究意义和发展现状4第二章 集成电路版图设计方法与技巧62.1 引言62.2 集成电路版图设计62.2.1 软件介绍62.2.2 版图设计过程72.2.3 布局时注意事项82.2.4 版图设计方法82.2.5 版图设计规则8第三章 低噪声放大器版图设计103.1 CMOS工艺中的原器件113.1.1 CMOS工艺中的电阻113.1.2 CMOS工艺中的电容113.1.3 CMOS工艺中的电感123.2 版图设计中的布局133.2.1 版图布局133.2.2

2、线宽分配133.2.3 噪声处理133.2.4 对称性设计143.3 版图设计中的匹配153.4 电路结构203.5 版图的设计21总结28致谢29参考文献30摘 要集成电路版图设计是一个非常新的领域，虽然掩膜设计已经有30多年的历史，但直到最近才成为一种职业。集成电路版图设计是把设计思想转化为设计图纸的过程，包括数字电路和模拟电路设计。本文针对模拟电路，论述了版图设计过程，验证方法，以及如何通过合理的布局规划，设计出高性能、低功耗、低成本、能实际可靠工作的芯片版图。低噪声放大器在任何射频接收系统中都位于系统的前端，其对射频接收系统的接收灵敏度和噪声性能起着决定作用，高性能低噪声放大器的设计与

3、研制的关键是研制具有低噪声高增益的有源元件。关键词：集成电路、版图、低噪声放大器AbstractIntegrated circuit layout design is a very new field, although mask design has 30 years of history, but until recently become a professional. Integrated circuit layout design is the design ideas into the process of design drawing, including digital cir

4、cuit and analog circuit design. Based on analog circuits, discusses the layout design process, the method and how to reasonable layout, through the design of high performance, low power consumption,lowcost,practicalandreliableworkchiplayout. Low noise amplifier in any rf receive system located in fr

5、ont of the system, the system of rf receive rx sensitivity and the noise performance of a high low noise amplifier, the design and development of the key is developed with low noise high gain active components.Keywords: integrated circuits, layout, low noise amplifier第一章 绪论11 微波集成电路的发展历史和发展背景集成电路从60

6、年代开始，经历了小规模集成，中规模集成，大规模集成，到目前的超大规模集成。集成电路集的出现与飞速发展彻底改变了人类文明和人们日常生活的面目。微波集成电路(Microwave Integrated Circuit，MIC)最早出现在60年代初期，在此之前，微波电路与设备都是由波导，同轴线和真空电子器件组成。在60年代，微波领域有两个较大的技术变革，一是研制了许多微波固体有源器件；二是微波平面传输线的深入研究与实用化。微波固体有源器件包括肖特基势垒混频二极管，开关用的PIN管，用于倍频及参量放大的变容管，负担振荡用的耿氏二极管，雪崩二极管，三极管类包括双极型平面三极管和场效应管；平面传输线主要是微

7、带线，同时配合使用槽线与平面线。微波半导体器件和平面传输线构成的微波集成电路以其小型化、重量轻、耗能少而受到重视，获得了迅速发展。微波集成电路的含义是相对于立体的波导与同轴结构的微波电路而言，它不同于低频集成电路与脉冲数字集成电路。低频集成电路是把有源、无源器件和连线都傲在半导体芯片上，而微波集成电路传输线电路采用分布参数的平面传输线(主要是微带线)，微波半导体器件仍是单独封装之后再焊接到电路中。因此，更确切的名称是微波混合集成电路，通常称为微波集成电路。70年代，随着微波半导体器件性能提高、成本降低，MIC开始进入成熟阶段。各种类型的混频器、检波器、振荡器、放大器、开关、限幅器等已占锯了微波

8、通信、雷达、电子战武器系统的主导地位。尤其是GaAs场效应器件具有优良特性和许多用途，从而促进了MIC的全面发展。12 微波单片集成电路的发展概况70年代中，随着微波半导体器件的成熟，工艺加工技术的改进，以及GaAs材料设备的完善，器件成品率提高，使单片微波电路的研究已具备现实的条件。微波单片集成电路(Microwave Monolithic Integrated Circuit，MMIC)是把无源电路、无源组件、有源半导体器件都制作在同一个半导体芯片上。GaAs的电予迁移率比硅高数倍，而半绝缘单晶体的电阻率又比硅高几个数量级，它不仅是微波器件的理想材料，也可以做为微波平面传输线的介质基片，因

9、而GaAs几乎成为MMIC的唯一材料。MMIC已迅速成为微波技术领域的重点研究与发展方向。13 低噪声放大器的研究意义和发展现状构成移动通讯终端整个射频系统最主要的组件包括接收器、发射器、频率合成器等三部分。其中，接收器主要的电路组件包含低噪声放大器、带通滤波器、混频器与解调器。低噪声放大器在任何微波接收系统中都处于前端位置，由于微波系统的噪声系数基本上都取决于前级放大器的噪声系数，因此，低噪声放大器决定了整机接牧灵敏度和噪声性能。目前，低噪声放大器的产品种类繁多，为了不同系统的设计要求有不同的产品，尤其对于微波毫米波频段si基的有源器件已经不能满足系统对于噪声系数的要求，随着外廷层生长技术和

10、微细加工技术发展，GaAs基器件已逐渐成为高频段低噪声放大器的首选有源器件。下面对与Si基及GaAs基器件作一个简单的比较与说明。l、si基材料器件si基材料器件的优点在于工艺成熟、材料成本低、集成度高。但是si基材料的电子迁移率Lt；Gahs基低，同时Si基寄生电阻与寄生电容比GaAs基大，因此Si基材料器件的特征频率较GaAs基MESFET、HEMT氐，因而si基MOsFET或si基BJT器-件的噪声系数较高，且不适用制作高频电路；而且体si基衬底较低的电阻率使得制作可集成的无源元件(例如高Q值的电感)很困难，这就限制了si基材料在高频电路中的应用。2、GaAs基材料器件GaAs基材料的电

11、子迁移率比Si的高约7倍，且饱和漂移速度快，所以GaAs基比Si基具有更好的高频特性，并具有电路损耗小、噪声低、频带宽、功率大和附加效率高等特点。而且GaAs是直接带隙半导体材料，禁带宽度大，在其上研制的器件抗电磁辐射能力强，工作温度范围宽，更适合在恶劣的环境下工作。GaAs基MESFET以其噪声低、频带宽等特点在微波领域中得到了广泛的应用，在移动通信低电压电路设计方面取得很大的进展：而且通过材料结构的改善，在高温环境下可以稳定工作。HEMT不仅具有比MEsFET更低的噪声，而且具有优异的功率性能。目前利用HEMTf制作的低噪声放大器和功率放大器已经广泛应用于卫星接收系统、电子雷达系统和光纤通

12、信系统。HBT具有高截止频率，高最大振荡频率，良好的线性度和高增益，异质结双极晶体管在微波波段是非常有用的器件。然而。HBT的高频噪声比高电子迁移率晶体管HEMT要差，这是因为在HEM限中噪声源之间的相关系数抵消了各个噪声源对总噪声的贡献。但是HBT的噪声性能足以满足一些对于噪声要求不高的系统。3、lnP基材料器件InP基器件以往均应用于军事上。随着光纤通信跨入40Gbs以上，InP基器件和电路开始成为各大公司竟相研究的对象。主要原因在于InP材料基片上可生长出迁移率比GaAs和GeSi等材料更高的InGaAs女b延层，其制作的器件频率更高，噪声更低；此外，lnP材料热导率高，更适合于制作高频

13、大功率器件和电路；这些特点使它不仅可以在军用毫米波通信和40Gbs以上光纤通信的应用中领先。而且在民用第三代移动通信中也有参与竞争的性能优势。但它的最大弱点是单晶材料的价格太贵。LNA向超低噪声、低功耗、低电压、单电源、高增益、高可靠性、高线性度、单片集成等方向发展。这与当前移动通信终端设备小型化、高性能、低成本的要求一致。提高该电路的水平对提高通信质量起着重要的作用。频率越高，信号越弱，对低噪声放大器的要求越高。第二章 集成电路版图设计方法与技巧2.1 引言集成电路设计是指根据电路功能和性能的要求在正确选择系统配置、电路形式、器件结构、工艺方案和设计规则的情况下尽量减小芯片面积，降低设计成本

14、缩短设计周期，以保证全局优化，设计出满足要求的集成电路。集成电路版图设计是集成电路设计的后端工作所以通常将lC LAYOUT工程师称之为后端工程师集成电路从60年代开始，经历了小规模集成，中规模集成，大规模集成，到目前的超大规模集成。单个芯片上已经可以制作含几百万个晶体管的一个完整的数字系统或数模混合的电子系统。在整个设计过程中，版图(1ayout)设计或者称作物理设计(physical design)是其中重要的一环。他是把每个原件的电路表示转换成集合表示，同时，元件间连接的线网也被转换成几何连线图形。对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行：划分 ： 为了将处理问题的规模缩小

15、，通常把整个电路划分成若干个模块。版图规划和布局： 是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。布线 ：完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。压缩 :是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。2.2 集成电路版图设计集成电路设计的流程：系统设计、逻辑设计、电路设计(包括：布局布线验证)、版图设计版图后仿真(加上寄生负载后检查设计是否能够正常工作)。集成电路版图设计是集成电路从电路拓扑到电路芯片的一个重要的设计过程它需要设计者具有电路及电子元件的工作原理与工艺制造方面的基础知还需要设计者熟练运用绘图软件对电路进行合理的布局规划设计出最大程度体现高性能、低功耗、低成本、能实际可靠工作的芯片版图。集成电路版图设计包括数字电路、模拟电路、标准单元、高频电路、双极型和射频集成电路等的版图设计。 2.2.1 软件介绍目前大部分lC公司采用的是UNIX系统使用版本是Sun Solaris。版图设计软