一種采用CMOS 0．18μm制造的帶EBG結(jié)構(gòu)小型化的片

摘要：采用標準0．18μm CMOS工藝設計制造了一種帶EBG(電磁帶隙)結(jié)構(gòu)的小型化片上天線。該片上天線由一根長1．6 nm的偶極子天線以及一對一維的尺寸為240μm×340μm EBG結(jié)構(gòu)構(gòu)成。分別對該EBG結(jié)構(gòu)以及片上天線的S11及S21進行了仿真和測試，結(jié)果表明該片上天線工作在20CHz，具有小型化的性能，同時具備三次諧波抑制的功能。
關鍵詞：片上天線；CMOS；EBG

最近幾年，一些研發(fā)人員陸續(xù)提出了無線互連、WCAN(無線片上局域網(wǎng))等概念。其主旨思想是利用無線通信的模式，通過自由空間有效的收發(fā)射頻或微波信號來實現(xiàn)芯片上或芯片間的信號傳輸，以達到無線互連的目的，從而代替原有的金屬互連線。該方法在一定程度上解決了現(xiàn)有金屬互連線的極限問題，同時有利于SOC(片上系統(tǒng))的進一步完善。
本文提出了一種新的帶EBG諧波抑制的小型化片上天線。EBC結(jié)構(gòu)的加載不僅減小天線的尺寸，同時抑制了天線的三次諧波。

1 天線的設計和仿真
本文設計的帶EBG結(jié)構(gòu)的小型化片上天線采用TSMC 0．18μm的工藝仿真和制造。圖1為該工藝的剖面圖。第六層金屬(M6)用于制備本設計的天線層。該工藝硅襯底的電阻率為20 Ω·cm。

1．1 小型化EBG結(jié)構(gòu)
圖2為本設計采用的一維EBG的結(jié)構(gòu)圖和等效電路圖。從圖2 (b)可以看出，該EBG可以看做一個等效電感和等效邊緣電容的并聯(lián)。由于該EBC結(jié)構(gòu)是直接放存金屬地面上的，因此需要通過一對串聯(lián)的電感電容與地相連，串聯(lián)電容的大小與CMOS工藝中各介質(zhì)層的厚度及介電常數(shù)相關。當該EBG的工作頻率在該等效電路的并聯(lián)諧振頻率點附近時，就產(chǎn)生了帶阻特性。

圖3為仿真的該EBG結(jié)構(gòu)的S21特性，從圖中可以看出，在60 GHz附近，該EBC結(jié)構(gòu)的S21可以達到-26dB，具有帶阻特性。