Cuộn cảm trên đế CMOS có hệ số chất lƣợng thấp do có thành phần tụ kí sinh, trở kí sinh của đế bán dẫn. Công thức tính giá trị điện cảm các thành phần kí sinh
Hình 26 Cuộn cảm layout trên đế CMOS và mô hình mạch điện tƣơng đƣơng 2 2 0 / 2 0 0 0 0 0 37.5 11 14 W (1 ) W W 2 W W 2 t x p x x x x si si N a L D a l Rs e C N t C L t Rsub LG LC Csub (1.6) Trong đó 7
0 4 .10 và là độ dẫn của vật liệu, D là bán kính của cuộn cảm, a : khoảng cách từ tâm tới vòng giữa, L là toàn bộ chiều dài của vòng xoắn ốc, t là bề dày của kim loại t là bề dày của kim loại và là độ sâu bề mặt cho bởi 2
W 0 Gsi(Csi) là tham số phụ thuộc vào công nghệ.
Để thiết kế cuộn cảm xoắn ốc trên chip cần tuần theo một số điểm sau :
Sử dụng lớp kim loại : thƣởng sử dụng lớp trên cùng, thƣờng là lớp dày nhất và nằm xa lớp đế. Do vậy tránh bớt thành phần tụ kí sinh.
Hình dạng cuộn cảm: Một cuộn cảm các vòng dây cuốn theo hình tròn sẽ cho giá trị điện cảm cao nhất, vì thế hệ số chất lƣợng là cao nhất.
Bán kính ngoài R : Hệ số chất lƣợng của cuộn cảm sẽ tăng khi bán kính vòng dây là nhỏ, nhƣng tần số cộng hƣởng lại tăng với R. Thiết kế tốt thƣờng có R < 100um
Bề rộng dây kim loại :Bề rộng kim loại rộng nhất có thể, điện trở nối tiếp Rs giảm khi tăng bề rộng kim loại và vì thế tăng hệ số chất lƣợng của cuộn cảm.
Tuy nhiên khi thăng bề rộng, hiệu ứng bề mặt xuất hiện trên đƣờng dây kim loại và làm cho tăng Rs. Diện tích chip cũng tăng lên, một thiết kế tốt sử dụng 10um< W < 20um
Khoảng cách vòng dây : Khoảng cách vòng dây nhỏ nhất có thể, hiện tƣợng hỗ cảm sẽ giảm khi khoảng cách vòng dây tăng lên.
CHƢƠNG 2- MẠCH LỌC THÔNG DẢI SỬ DỤNG CUỘN CẢM TÍCH CỰC
Mạch lọc thông dải sử dụng cảm tích cực cung cấp hàng loạt các ƣu điểm so với mạch lọc thông dải sử dụng cuộn cảm spiral bao gồm : khảng năng điều chỉnh tần số trung tâm trong, hệ số chất lƣợng –Q , giảm diện tích silicon Tuy nhiên vẫn còn hạn chế là tạp âm cao, và độ tuyến tính thấp. Đặc tính quan trọng để đánh giá chất lƣợng của bộ lọc thông dải bao gồm dải thông, 1-dB compression point, 3 rd intercept point, noise figure, noise bandwith, spurious-free dynamic range. Đối với mạch lọc thông dải sử dụng cuộn cảm tích cực , điều chỉnh tấn số trung tâm đƣợc thực hiện bằng cách điều chỉnh giá trị cảm trong khi hệ số chất lƣợng đƣợc điều chỉnh bởi điện trở của điện trở âm, đó là kĩ thuật nâng cao Q (Q- enhance).Việc điều chỉnh giá trị cảm kháng của cuộn cảm tích cực thu đƣợc bởi thay đổi độ hộ dẫn cấu thành nên cuộn cảm tích cực. Bởi sự thay đổi dòng bias thƣờng ảnh hƣởng đến bias cho bộ dẫn (transconductor). Điều chỉnh tần số trung tâm và hệ số chất lƣợng thƣờng ảnh hƣởng đến nhau. Hạn chế việc tƣơng tác giữa điều chỉnh tần số trung tâm và hệ số chất lƣợng là điều cần thiết.
Cấu hình cơ bản của bộ lọc thông dải sử dụng cảm tích cực bao gồm 4 khối : khối chuyển đổi lối vào, khối cuộn cảm tích cực, khối điện trở âm, và khối đệm lối ra. Khối chuyển đổi lối vào biến đổi điện áp lối vào thành dòng điện chảy vào cuộn cảm tích cực. Cuộn cảm tích cực thực hiện lựa chọn tần số và điều chỉnh. Cuộn cảm tích cực đƣợc thiết kế sao cho hệ số chất lƣợng là lớn nhất tại tần số trung tâm. Khối điện trở âm triệt tiêu tổn hao trở kháng của khôí cuộn cảm tích cực và tăng cƣờng chất lƣợng của bộ lọc và cải thiện tính chọn lọc tần số. Khối đệm lối ra cung cấp khả năng điều khiển dòng và phối hợp trở kháng với tải.