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摘要
随着CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)集成电路制造技术和工艺的持续发展和改进,CMOS技术已经成为了实现集成电路的主流方式,其应用极大方便了现代人们的生活,尤其是在无线网络通信方面的应用,而作为无线网络通信中必不可少的部分一一滤波器在其中发挥了至关重要的作用,具有优良和高性能的滤波器在无线通信应用中具有十分重要的意义与价值。
目前,众多的研究结果表明倒置型的源极跟随器在模拟滤波器的设计中具有良好的潜力,但大多都是在0.18pm-CMOS1.8V甚至以上结点上实现的,通过增加功耗的方式提高摆幅及其他性能(DeMatteis,M.etal.,2017)。为降低功耗以及适应大规模的集成电路设计,本文使用TSMC40nm(TaiwanSemiconductorManufacturingCompany)工艺,在1.1V电源电压下通过双二阶级联的方式设计了一个模拟低通滤波器,并在CadenceVirtuoso软件下进行仿真分析,通过ADE(AnalogDesignEnvironment)仿真分析,所设计的滤波器功耗小于100卩W,通频带内频率响应平坦,带内集成噪声电压约78卩V,截止频率达30MHz左右,带外抑制高达-60dB。除此之外,本文还对所设计的电路进行了版图绘制以及DRC(DesignRuleCheck)验证、LVS(LayoutVersusSchematics)验证以及PEX(ParasiticParameterExtraction)寄生参数提取与后仿真,完成了模拟CMOS设计的完整流程。关键词:CMOS模拟低通滤波器CadenceVirtuoso版图验证
1前言
1.1研究背景及意义
集成电路(IntegratedCircuit,IC)作为当今信息产业的核心,它的发明,极大地推动了人们的生活。计算机、手机、电视等智能设备,很大程度上都依赖于集成电路。除此之外,工业、军事、航天航空的发展,集成电路都发挥了不可或缺的作用。集成电路技术也在某一方面决定着一个国家的竞争实力与水平。如图1所示,据统计数据显示,自2013年以来,中国集成电路的进口量呈现出稳步上升的趋势,至2019年,已超过4500亿的进口量,在所有进口商品中位居第一(中国产业信息,2020)。在进口量增加的同时,中国芯片自给率却没有得到相应的提高,占比不足30%。因此,在IC行业上要摆脱国际的控制,必须提高芯片的自给率,拥有“中国芯”。据国务院有关报告展示,计划2025年要实现七成的芯片自给率,可见,集成电路在巩固一个国家地位层面上具有重要作用。
2013-2020.1-3中国集成电路进口量及増速起势
5000400030002000100035.00%30.00%25.00%20.00%15.00%10.00%5.00%0.00%
■诳口量(亿个)—増速(%)
图12013-2020中国集成电路进口量及增速趋势
如图2所示,据中国产业信息发布的全球集成电路市场规模资料(中国产业信息,2017),从市场的应用结构上看,2017年集成电路在全球市场中,计算机、网络通信、消费电子占主导地位,而网络通信占比最大,达到了
31%,由此可以看出,在集成电路设计上,网络通信占据着主要的地位。
全球集成电路市场规模
■汽乍电r■I:业控制
■网络通信■消费电r■计算:机■其他图22017年全球集成电路市场规模
在网络通信中,无线收发机提供了信息交换的接口,它主要由RF(RadioFrequency)前端、信号处理以及用户接口三部分组成(张明敏,2014)。为了获取更高的收发机性能,一般使用模拟电路来设计射频前端结构电路,如图
3所示,即为射频前端的基本组成结构。发射信号从天线进入接收机后,通过VCO(Voltage-Controlled
Oscillator)和混频器的协同作用获得低频信号。由于基带处理部分需要处理数字信号,因此需要使用ADC
(Analog-to-DigitalConverter)模块实现信号从模拟到数字的转变,而经ADC模块之前,则需要通过滤波提取出对系统有用的信号,即为图3中的滤波器模块。可见,要使无线收发机的正常工作,滤波器是必不可少的,可以说,收发机的性能好坏,在一定程度上取决于滤波器的性能。
滤波器的主要功能是让有用信号通过,而阻挡干扰信号,可以用来做频率选择。目前,滤波器的电路已经成为电子产品的重要组成部分,具有低功耗、低电源电压电路的高性能滤波器在网络通信中的应用需求不断扩大(张明敏,2014)
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