높은 Quality Factor를 갖는 CMOS MMIC 대역통과 필터 설계

Abstract

대역통과 필터가 RF/마이크로웨이브 통신의 중요한 부품이다. 시스템이 더욱 작아지고 간변해지기에 따라서 소형화가 더욱 중요해진다. 그밖에 고성능이 통신 시스템에 지극히 중요하다. 그래서 소형화하고 고Q치를 가지고 있는 필터가 사람들이 추구하는 것입니다.

이 논문 중에서 소형화의 CMOS대역통과 필터 중의 한 가지를 소개한다. 이가 대각 쌍줄과 부하 전기용량으로 치수감소를 달성하고 다층 금속으로 Q치를 제고한다. 이 구조에서 지가 필터 주위를 둘러싸게 된다. 이 특징은 필터가 통신 시스템에서의 다른 기본 부품과 결합하기를 방지하게 된다. 다른 한 중요한 장점이 이런 필터가 비교적 안정적인 중심 주과수를 가지고 있는 것이다, 아무튼 상대 전매 상수가 어떻게 변화하는지 상관없다. 이가 필터가 표준 공예에서 상대적인 안정적인 성능을 가지고 있다. 이상이 매개체와 필터의 환경에서 예를들어 밀봉 포장이 이에 영향을 주지 않은 것을 천명한다. 그래서 필터의 성능을 제고 할 수 있다.

이 논문 중 설계방정과 방법을 자세히 천명한다. 동시에 많은 시뮬레이션과 테스트 결과를 제공한다. 소형화 쌍줄 필터의 테스트 결과에서 Q치를 추출하는 방법을 묘사한다. 따로 TSMC 0.18μm과 MagnaChip 0.18μm을 바탕으로 전로 두 가지를 만든다. 시뮬레이션과 테스트 데이터를 모아서 비교를 통해서 이런 대역통과 필터의 장점을 표명한다.

Bandpass filters are key components in RF/microwave communication systems. As the system goes smaller and lighter, size reduction becomes more and more important. In addition, high performance is also crucial to a communication system. Thus, a bandpass filter with both small size and high quality factor is more desirable.

In this thesis, a novel miniaturized CMOS bandpass filter will be introduced. It is based on the structure of diagonally short-ended coupled line with loaded capacitors for size reduction and using multilayer conductors for high quality factor. In this structure, the ground plane is capsulated around the filter, which enables it avoid the coupling to other basic components in the transceiver system. In addition, as another major advantage, it was proven to have a relatively stable center frequency no matter how much the relative permittivity was changed. Enable the filter has a relative stable performance in the standard CMOS process. This means that the materials under the substrate and the circumstances of the integrated BPF, such as the package, hardly have an effect on it. Hence it can enhance the filter’s performance.

Design equations and method will be fully explained in this thesis. A lot of simulated results and measured results are also presented. The extraction procedure of Q factors from measurements of miniaturized coupled-line BPFs will be described. Two kinds of circuits which based on the TSMC 0.18μm and MagnaChip 0.18μm process are fabricated. Many simulated and measured data are collected and provided here to show the advantages of the proposed bandpass filter.