智能家居、移動(dòng)手機(jī)等無(wú)線通信設(shè)備的市場(chǎng)需求使得射頻集成電路步入了高速發(fā)展的進(jìn)程。成熟且低成本的CMOS工藝在集成度、截止頻率方面都顯現(xiàn)出了其巨大的應(yīng)用價(jià)值。隨著CMOS工藝節(jié)點(diǎn)不斷減小,其截止頻率不斷增大,器件工作在高頻時(shí)呈現(xiàn)出的電磁效應(yīng)以及諧波反應(yīng)也更為復(fù)雜。在電路設(shè)計(jì)階段,仿真對(duì)于提升集成電路的性能和成功率都有著極為重要的作用。晶體管Spice模型對(duì)電路的仿真結(jié)果有著直接的影響。因此,準(zhǔn)確的器件模型是電路設(shè)計(jì)的根本。如何獲取準(zhǔn)確的高頻器件模型成為了研究的關(guān)鍵所在。本文圍繞晶體管的非線性大信號(hào)模型進(jìn)行了一系列的研究工作,旨在于提升晶體管模型的精度。首先,對(duì)晶體管的去嵌入方法進(jìn)行歸納和對(duì)比后,本文提出了一種改進(jìn)的openshort去嵌入等效電路模型。該模型考慮了open去嵌結(jié)構(gòu)中的金屬過孔的損耗和各端口不同層金屬之間的電容耦合效應(yīng),考慮了short去嵌結(jié)構(gòu)中的端口耦合效應(yīng)。測(cè)試去嵌入結(jié)構(gòu)后,將模型結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比,對(duì)比結(jié)果表明新型的open-short模型的精度得到了提高。Open的散射參數(shù)的RMSE在0.0145以內(nèi),Short模型的RMSE在0.0082以內(nèi)。其次,考慮到溝道電流磁場(chǎng)效應(yīng)在晶體管尺寸較大時(shí)的不可忽略性,本文提出了一種改進(jìn)的晶體管小信號(hào)等效電路模型。在模型中,用一個(gè)串聯(lián)的RL支路來(lái)表征溝道電流磁場(chǎng)效應(yīng)。通過與經(jīng)典小信號(hào)模型進(jìn)行對(duì)比,該模型在0-2GHz頻段內(nèi)顯著提升了精度。S參數(shù)的均方根誤差在0.063以內(nèi)。在小信號(hào)等效電路的基礎(chǔ)上,本文對(duì)大信號(hào)非線性模型進(jìn)行了相關(guān)研究和改進(jìn)。首先建立并改進(jìn)了非線性電容模型,在小信號(hào)模型、電流模型和電容模型的基礎(chǔ)上完成了晶體管的大信號(hào)模型。為了驗(yàn)證大信號(hào)模型,制造并測(cè)試了晶體管的芯片,結(jié)果證明該大信號(hào)模型在輸出功率、增益和附加功率效益上都達(dá)到了較高精度。輸出功率均方根誤差(RMSE)小于0.233dBm,PAE的RMSE小于0.65%,增益的RMSE小于0.23 dB。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN32
【部分圖文】：

經(jīng)典小信號(hào)等效電路模型

N溝道MOSFET三維結(jié)構(gòu)圖

零偏時(shí)晶體管能帶圖

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本文編號(hào)：2830598