СИММЕТРИЧНЫЕ ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ В ТЕХНОЛОГИИ LTCC

May 10, 2012 by admin Комментировать »

Глубокое А. А., Бондарь Д. Б., Шелковников Б. Н. Киевский политехнический институт (национальный технический университет) КПИ Проспект Победы, д. 37, Киев – 03056, Украина e-mail: shelk@ukrpost.net

Fig. 2. Inductance coil cross-section

Аннотация – Рассмотрены пассивные элементы для интегральных схем, основанные на симметричной спиральной катушке индуктивности квадратной формы. Добротность смоделированных катушек индуктивности достигает 100, а частота собственного резонанса – 3,6 ГГц. Для трансформатора 1:1 получен коэффициент связи 0,35, увеличивающийся до 0,9 с ростом частоты до 2,7 ГГц. Для балуна расхождение параметров S2i и S31 по амплитуде составляет около 0,6 дБ на частоте 2,45 ГГц, а фазовое расхождение не превышает 8" в диапазоне от 0,5 ГГц до 2,5 ГГц. Все элементы изготовлены в технологии LTCC (Dupont 951).

Puc. 2. Поперечное сечение катушки индуктивности.

I.  Введение

Катушки индуктивности являются ключевыми элементами интегральных схем, определяющими размер радиоэлектронных устройств и их характеристики. Поэтому, многие исследователи заостряют внимание на конструировании высокодобротных катушек, занимающих небольшую площадь. Некоторые достижения в исследованиях катушек индуктивности в технологии LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) были представлены в [1-3], [6]. Там были сконструированы катушки вертикальной винтовой структуры, однако винтовая структура требует использования большого количества слоев для уменьшения паразитной ёмкости между витками [1-2]. Было показано, что размещение катушки индуктивности на поверхности модуля с использованием многослойной заземляющей пластины [3] ведёт к улучшению характеристик элемента.

Fig.1. Topology of symmetric inductance coil

Зная входное сопротивление ZBX, определим параметры L и Q:

Входное сопротивление ZBX выражается [4] следующим образом:

f. ГГц

Puc. 10b. Фазовые зависимости S21 и S31 от частоты.

f, ГГц

Рис. 8. Параметры трансформатора.

Fig. 8. Baiun parameters

IV.  Балун

Fig. 10b. Phase dependences S21 и S31 on frequency

Балун может быть сконструирован на основе симметричной катушки индуктивности и трансформатора, рассмотренных выше. Две катушки располагаются в различных слоях одна над другой (рис. 9).

Рис. 10а. Амплитудные зависимости S21 и S31 от частоты.

IV. Заключение

Таким образом, рассмотрены пассивные элементы для интегральных схем, основанные на симметричной спиральной катушке индуктивности квадратной формы. Индуктивность рассмотренных катушек изменяется от 3,5 до 10 нГн. Добротность смоделированных катушек индуктивности достигает 100, а частота собственного резонанса – 3,6 ГГц. Для трансформатора 1:1 получен коэффициент связи

0,        35, увеличивающийся до 0,9 с ростом частоты до 2,7 ГГц. Для балуна получены удовлетворительные амплитудные и фазовые характеристики.

V.   Список литературы

[1]  A. Sutono, A. Pham, J. Laskar, W. R. Smith. «Development of Three Dimensional Ceramic-Based MCM Inductors for Hybrid RF/Microwave Applications», IEEE RFIC Symposium, pp. 175-178, 1999.

[2]  Martti Rytivaara. «Buried Passive Elements Manufactured in LTCC», IEE Seminar, pp.6/1-6/5, 2000.

[3]  Albert Sutono, Deukhyoun Heo, Yi-Jan Emery Chen, and Joy Laskar. «High-Q LTCC-Based Passive Library for Wireless System-on-Package (SOP) Module Development»,

IEEE MTT-S, vol. 49, pp. 1715-1724, 2001.

[4]  InderJ. Baht. «High-Performance Inductors», IEEE MTT-S, vol. 49, pp. 654-664, 2001.

[5]  Wei-Zen Chen, Wen-Hui Chen. «Symmetric 3D Passive Components for RF ICs Application», IEEE MTT-S Digest, pp. 85-88, 2003.

[6]  W. Eurskens, W. Wersing, S. Gohlke, V. Wannenmacher,

P. Hild, R. Weigel. «Design and Performance of UHF Band Inductors, Capacitors and Resonators Using LTCC Technology for Mobile Communication Systems», IEEE MTT-S Digest, pp. 1285-1288, 1998.

SYMMETRIC PASSIVE COMPONENTS FOR ICs IN LTCC TECHNOLOGY

Glubokov A. A., Bondar D. B. and Shelkovnikov B. N.

Kyiv Poiytechnical Institute (Technical University) KPI 37, Prospekt Pobedy, Kyiv – 03056, Ukraine e-mail: shelk@ukrpost.net

Abstract – The design and performance of symmetric spiral square inductor, 1:1 transformer and symmetric balun have been described.

I.  Introduction

The inductor is one of the key passive components in RF module determining the total chip size and the RF/microwave module performance. Therefore, many researchers have been focused on design of high-Q inductor with compact size. Several achievements have been reported on the inductors based on LTCC technology.

In this paper 1:1 transformer and symmetric balun, based on symmetric spiral square inductor, have been designed. Also, the main performance characteristics of symmetric spiral square inductor have been considered.

II.  Symmetric inductor

Fig. 1 and Fig. 2 illustrate the layout example of the symmetric spiral square inductor. Inductors with different dimensions have been designed and simulated. Such important parameters of the inductor as self inductance L, maximum Q- factor Q„aKC and self resonant frequency fpe3 have been extracted and are given in Table 1. Variations of L, Q„aKC and fpe3 for different inductor dimensions are shown in Fig. 3, Fig. 4, Fig.

5   and Fig. 6. The extracted self inductances L of simulated inductors are in range from 3.5 nH to 10 nH. The Q-factor of inductors mounts to 100. The self resonant frequencies of simulated symmetric spiral square inductors are in range from

1.6  GHz to 3.6 GHz.

III.  Transformer

Fig. 7 illustrates a 1:1 symmetric transformer, built up by center-tapping the middle point of a symmetric spiral square inductor. For the transformer with such dimensions as R = 800 |jm, w = 200 |jm and H = 400 |jm it’s self resonant frequency is about 2.8 GHz, self inductances L1 and L2 are about 4 nH and coupling coefficient k is 0.35 at 0.5 GHz. In addition, k increases along with the increment of frequency, which is about

0.    9 at 2.7 GHz (Fig. 8).

IV.  Balun

A balun can be built up by upraising the symmetric spiral square inductor above the symmetric transformer. Fig. 9 depicts the corresponding layout topology. The simulation results of the balun with R = 500 |jm, w = 200 |jm and H = 400 |jm are shown in Fig. 10. The insertion loss is about 5 dB at 2.45 GHz. Fig. 10a and Fig. 10b show the simulation results of gain and phase response. The balun manifests less then 0.6 dB gain mismatch at 2.45 GHz and phase error doesn’t exceed 8" in the frequency range from 0.5 GHz to 2.5 GHz.

V.  Conclusion

In conclusion, some passive components for ICs based on symmetric spiral square inductor have been considered. Self inductance of inductors is in range from 3.5 nH to 10 nH. The Q-factor of inductors mounts to 100. For 1:1 transformer coupling coefficient is 0.35 and increases to 0.9. For balun satisfactory simulation results have been obtained.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты