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MPC-WORKSHOP FEBRUAR 2013
Abbildung 11: Simulationsergebnisse zu S-Parameter und Rauschmaß.
gangsseitige Anpassnetzwerk von 18 bis 21,5 dB bei
Γ * OUT dargestellt. Wie zwischen den Verstärkerstufen
wird mit einer Parallelinduktivität L5 und einer Serienkapazität
C5 angepasst. Da die Serienkapazität nur
begrenzt klein wählbar ist, wird eine serielle Leitung,
hier L4, zusätzlich zwischen Ausgang der Verstärkerschaltung
und L5 eingebracht. Im Anpassnetzwerk
wird außerdem, wie bereits am Verstärkereingang, die
Kapazität des Anschlusskontaktes in Form von Cpad
mitberücksichtigt. Abbildung 9 zeigt den prinzipiellen
Transformationsweg der eingesetzten Elemente bei
60 GHz.
V. GESAMTLAYOUT
Das Gesamtlayout des Vorverstärkers (Abbildung
10) setzt sich aus den zwei Verstärkerstufen und den
drei im vorangegangen Kapitel entworfenen Anpassnetzwerken
zusammen. Letztere werden auf der obersten
und stärksten Lage (orange) ausgeführt. Dadurch
weisen die Bauteile einen geringeren Leitungswiderstand
auf und induktive Komponenten erreichen eine
höhere Güte. Die Leitung L1 am Eingang IN hat eine
Länge von 115 µm bei 3 µm Breite. Für eine höhere
Güte der Induktivität L3 wird eine breitere und längere
Leitung gewählt. Sie ist bei 200 µm gegen Masse
kurzgeschlossen und 6 µm breit. Die Stichleitung L5
ist 180 µm vom Ausgang der zweiten Stufe entfernt.
Mit einer Länge von 115 µm und einer Breite von
3 µm wird eine kurze Leitung erreicht. L4 hat durch
eine größere Breite mit 5 µm einen kleineren Serienwiderstand.
Die benötigte Chipfläche des Vorverstärkers mit
Anschlusspads beträgt 370 µm x 580 µm. Die Abmessung
der Anschlusspads von Ein- und Ausgang, sowie
der Versorgungsanschlüsse betragen 80 µm x 80 µm.
Das Gesamtlayout wurde mit Virtuoso XL von
Cadence erstellt und hinsichtlich LVS und DRC geprüft.
Alle passiven Layoutbestandteile ohne die aktiven
Stufen und Kapazitäten wurden mit ADS Momentum
simuliert. Damit stehen deren S-Parameter von 0 bis
250 GHz zur Verfügung. Diese wurden für die Gesamtsimulation
des Verstärkers mit dem Cadence
Simulator Spectre genutzt.
VI. GESAMTSIMULATION
In den Simulationen für Rauschmaß, S-Parameter
und Stabilität sind die parasitären Elemente der Verstärkerstufen
und das Frequenzverhalten des passiven
Gesamtlayouts mitberücksichtigt. Abbildung 11 zeigt
die Verstärkung S21, die Anpassung von Ein- und
Ausgang S11 und S22, sowie das Rauschmaß NF für
den Frequenzbereich von 40 bis 80 GHz. Die Verstärkung
erreicht ein Maximum von 21,5 dB bei 61 GHz
und hat eine 3-dB-Bandbreite von 13 GHz. Die An-
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