Design, Simulation and Applications of Inductors and Transformers for Si RF ICs (The Springer Intern pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Ali M. Niknejad

出品人:

页数:211

译者:

出版时间:2000-10-31

价格:USD 159.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780792379867

丛书系列:

图书标签:

RF ICs
Inductors
Transformers
Design
Simulation
Silicon
High Frequency
Microwave
Electronics
Springer

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具体描述

Wireless RF and microwave ICs depend critically on passive devices, such as inductors, capacitors, and transformers. Passive devices allow the optimization of key RF circuit building blocks by minimizing noise, maximizing gain and frequency of operation, and minimizing power. The integration of passive devices on the Si IC substrate requires a critical understanding of substrate coupling and loss, including electrically induced conductive and displacement current flowing in the substrate as well as magnetically induced eddy currents. Design, Simulation and Applications of Inductors and Transformers for Si RF ICs provides a deep understanding of the physics involved in the operation of these devices at microwave frequencies. Additionally, the book tackles two critical blocks that depend critically on the passive devices, the voltage-controlled oscillator and a distributed amplifier. Design, Simulation and Applications of Inductors and Transformers for Si RF ICs will be of interest to RF and microwave integrated circuit engineers, computer aided designers, device physicists, and electromagnetic researchers, as well as power electronics engineers.

精湛的射频集成电路设计：电感器与变压器驱动的创新之旅在当今飞速发展的无线通信时代，射频（RF）集成电路（IC）扮演着至关重要的角色，它们是智能手机、Wi-Fi设备、卫星通信乃至未来的5G和6G网络的核心。而在这片高度集成化的硅基芯片之上，电感器（inductors）和变压器（transformers）作为实现射频信号调控、匹配和隔离的关键无源元件，其性能的优劣直接决定了整个RF IC的效能。本书深入探讨了专为硅基射频集成电路设计的电感器和变压器，从理论基础到实际应用，全方位地揭示了这些微小却强大的元件是如何被精雕细琢，以满足日益严苛的性能要求。本书不仅仅是一本关于电感器和变压器的技术手册，更是一次关于如何在有限的硅片空间内实现高性能射频功能的深度探索。它旨在为射频集成电路设计师、研究人员以及相关领域的工程师提供一套系统性的知识体系和宝贵的实践经验。从器件的基本原理，到复杂的电路拓扑，再到先进的设计技巧和模拟仿真工具的应用，本书都力求详尽阐述，帮助读者构建起对RF电感器和变压器设计的全面认知。器件基础与物理原理的深度剖析本书首先从电感器和变压器的基本物理原理入手，深入剖析了它们在微电子制造环境下的特性。对于电感器，我们将探讨其寄生参数（如寄生电阻、寄生电容）如何影响其在高频下的表现，以及如何通过几何形状、材料选择和制造工艺来优化其电感值、品质因数（Q因子）和自谐振频率（SRF）。读者将了解到，在RF IC设计中，一个“好”的电感器不仅仅意味着提供目标电感值，更关键的是如何在特定频率范围内保持高Q值并尽量远离自谐振。对于变压器，本书则会重点介绍其耦合系数、漏感、互感以及如何通过匝数比、绕线方式和硅衬底效应来控制这些参数。在RF应用中，变压器常被用作阻抗变换器、信号隔离器和共模噪声抑制器，其设计需要精细平衡各种损耗和非理想效应。本书将详细阐述不同变压器拓扑（如单端变压器、差分变压器、多线圈变压器）的优劣势，以及如何在密集集成环境下实现高效率和高隔离度的变压器。硅基RF IC设计中的挑战与机遇硅基RF IC设计面临着独特而严峻的挑战。与传统的GaAs或InP等化合物半导体材料相比，硅材料的电子迁移率较低，且其衬底（substrate）具有导电性，会引入显著的损耗。这意味着在硅片上制造高性能的RF电感器和变压器是一项艰巨的任务。本书将细致分析这些硅基特有的挑战，例如衬底损耗、衬底耦合、以及在CMOS工艺中制造高密度、高Q值电感器的限制。然而，挑战也伴随着巨大的机遇。CMOS工艺的成熟和低成本使得RF IC的集成度不断提高，这进一步推动了对片上电感器和变压器性能的追求。本书将重点介绍为了克服硅基限制而开发的各种创新设计技术。例如，如何通过优化电感器结构（如多层螺旋电感、穿过式通孔衬底电感）来提高Q因子；如何利用差分结构和屏蔽技术来减小衬底耦合和串扰；以及如何设计先进的变压器结构以实现更优的性能。先进设计技术与优化策略本书不仅仅停留在理论层面，更会深入探讨一系列先进的设计技术和优化策略。对于电感器，将涵盖：结构优化：螺旋电感、交叉螺旋电感、片上变压器等不同结构形式的特性分析与选择。衬底工程：如何利用衬底钝化、抬升结构（deep trench isolation）等技术来减小衬底损耗。金属层选择与布线：不同金属层（如Aluminum, Copper）的特性及其对电感性能的影响，以及优化布线以减小电阻和寄生电容。寄生参数建模与补偿：如何精确提取寄生参数，并采用相应的补偿技术来提升器件性能。新型电感器结构：介绍一些前沿的电感器结构，例如用于毫米波应用的分布式电感器等。对于变压器，本书将重点阐述：多线圈耦合设计：如何精确控制多线圈之间的耦合系数，实现期望的变压比和漏感。差分变压器设计：在平衡式RF电路中，差分变压器是关键元件，本书将详细介绍其设计要点，包括共模抑制和接地隔离。共模扼流圈（Common Mode Choke）设计：用于抑制差分信号线上的共模噪声，对提高信号完整性至关重要。单端转差分转换器（Single-ended to Differential Converter）设计：利用变压器实现信号格式的转换，广泛应用于ADC和PLL等电路。集成变压器与电感器：探讨如何将电感器和变压器集成设计，以实现更小的芯片面积和更高的效率。仿真工具与验证方法高效精准的仿真工具是RF IC设计中不可或缺的利器。本书将引导读者如何有效地利用行业标准的电磁（EM）仿真器（如HFSS, CST, Momentum）来精确预测电感器和变压器的性能，包括S参数、Q因子、RLC特性以及衬底损耗等。此外，还将介绍电路级仿真工具（如ADS, Cadence Spectre RF）在集成电路设计流程中的应用，以及如何将EM仿真结果导入电路仿真环境进行整体性能验证。同时，本书也强调了实验验证的重要性。在芯片制造完成后，如何通过高频测试设备（如矢量网络分析仪VNA）来精确测量片上电感器和变压器的实际性能，并与仿真结果进行对比，是设计迭代和优化的关键环节。本书将提供相关的测试指导和案例分析，帮助读者理解实际测量中的注意事项和数据解读。实际应用案例与前沿展望为了让读者更直观地理解电感器和变压器在RF IC设计中的实际价值，本书将引入一系列典型的应用案例。这些案例涵盖了从低功耗蓝牙（BLE）到高性能Wi-Fi、从蜂窝移动通信到射频识别（RFID）系统的方方面面。例如：低噪声放大器（LNA）：如何设计匹配网络中的电感器以实现最优的噪声系数和增益。功率放大器（PA）：如何利用电感器和变压器实现高效的阻抗匹配和功率合成。压控振荡器（VCO）：变容管（varactor）与片上电感器的组合如何决定振荡器的频率范围和相位噪声。频率合成器（Frequency Synthesizer）：锁相环（PLL）中电感器和变压器的作用，以及如何影响频率精度和抖动。射频开关与滤波器：利用电感器实现滤波功能，以及在开关电路中的应用。无线能量传输（Wireless Power Transfer）：耦合电感器在无线充电技术中的重要性。本书的最后部分将展望射频集成电路设计未来的发展趋势，特别是在毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段，以及下一代通信技术（如6G）的驱动下，对电感器和变压器设计提出的新挑战和新机遇。这包括对更高频率、更低损耗、更小尺寸和更高集成度的不懈追求，以及对新材料和新工艺的探索。总而言之，本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的RF IC电感器和变压器设计指南。它不仅是学习基础知识的宝贵资源，更是启发创新思路、解决实际设计难题的得力助手。通过阅读本书，读者将能够掌握在硅基RF IC设计中驾驭电感器和变压器这一关键技术的能力，从而为下一代无线通信和射频应用的蓬勃发展贡献力量。