We proposed a novel bondwire inductor buried in plastic package for low cost MMIC and characaterized the electrical perofmrance in a wide frequency range using the full-wave analysis of finite element method(FEM), and then we fabricated and measured the scale-up model in order to prove the characteristics. Th ebondwire inductor has higher quality factor and higher cutoff frequency than the conventional spiral inductor designed n the same area as the bondwire inductor. Since the air-bridge process is not requried for the bondwire inductor, it is very suitable for low cost plastic-packaged MMIC production. The bondwire inductor has the field distribution localized around the bondwire inductor and hence is more compatible to the crosstalk problems.
본 논문에서는 다양한 신호 정합 회로에 사용되는 발룬(balun)을 본드와이어 트랜스포머(bondwire transformer)를 이용하여 제작·측정하였다. 본드와이어 트랜스포머를 이용한 발룬은 적은 도체 및 기관 손실과 높은 공진 주파수 특성으로 광대역 특성과 저 삽입 손실을 구현할 수 있다. 제작·측정 결과, 가용 주파수 8.15∼16.18 GHz에서 삽입 손실의 차이는 0.7 dB 이내이고 위상 차이는 2.5° 이내로 나타났다. 따라서, 제안된 발룬은 혼합기, 증폭기, 안테나의 연결부 등에 사용되어 전체적인 성능향상에 기여할 것으로 기대된다. 또한 제작 공정이 용이하고 크기 면에서도 나선형 구조의 발룬과 비견되기 때문에 다른 능·수동 소자와 함께 온-칩(on-chip)화가 가능할 것으로 예상된다.
현재 RFIC를 위해 실리콘 기판상에 구현되는 인덕터의 Q 값은 12 이하로 알려져있기 때문에, 고성능 회로설계를 위해서는 더욱 높은 Q 값을 갖는 인덕터의 구현이 필수적이다. 본 논문에서는 본드와이어를 이용하여 높은 Q 값을 가지는 두 개의 인덕터를 제안하였고, 동일한 인덕터에 PGS를 적용하여 총 4가지 형태의 인덕터를 구현하였다. 제안된 본드와이어 인덕터는 일반적인 금속선로보다 넓은 단면적 때문에 상대적으로 작은 도체 손실을 갖고, 인덕터의 상당부분이 공기 중에 위치하므로 기생 캐패시턴스 성분을 줄일 수 있다. 해석 및 측정결과 1.5 GHz 에서 기존의 나선형 인덕터보다 상당히 개선된 15이상의 Q 값을 가짐을 확인하였다. 또한 자동 본딩 머신을 사용하여 구현하기 때문에, 동일한 형태의 인덕터를 반복적으로 쉽게 만들 수 있다.
본 논문에서는 고품질 본드와이어 집적 트랜스포머를 제안하고 제작하였다. 본드와이어 트랜스포머는 본드와이어의 넓은 단면적으로 인하여 도체손실이 작으며 수직적인 구조로 인해 기판효과를 감소시킬 수 있으므로 적은 기생 캐패시턴스 값을 갖는다 또한 자동화된 와이어 본딩장비로 쉽게 제작 가능하다. 제작된 본드와이어 트랜스포머의 전기적 특성을 나선형 트랜스포머 비교하였다. 고품질 본드와이어 집적 트랜스포머는 RFIC와 MMIC의 MIXER, 평형 증폭기, VCO, LNA등 다양한 회로에 적용되어 전체 성능향상에 기여할것으로 기대된다.
In this paper, we analyzed the crosstalk characteristics of LD array modules for WDM and improved the crosstalk levels using a screening line between access lines. From the calculation resutls, we have found that inductive crosstalk of access lines is dominant for the low impedance LD arrays with short bondwire interconnections. The proposed array interconnecton with the screening line and ouble bondwires, rduces the crosstalk level about 10dB compared to conventional interconnections using simple access lines and a single bondwire. This proposed structure also can be easily imlemented with transmission reliability.
본 논문에서는 스위치드 본드와이어 인덕터 뱅크를 사용하여, 넓은 주파수 튜닝범위를 갖는 다중대역 저잡음 CMOS 전압제어발진기가 제안되었다. 본드와이어 인덕터와 CMOS 스위치의 결합으로 주파수 튜닝범위는 증가하고, 위상잡음은 개선되었다. 제안된 다중대역 CMOS 전압제어발진기는 2.3GHz부터 6.3GHz까지의 주파수에 대해 동작하며, 위상잡음은 1MHz 오프셋 주파수에 대해, 각각 -136dBc/Hz와 -122dBc/Hz를 나타내었다. 스위치드 본드와이어 인덕터 뱅크는 각 주파수 대역에서 높은 Quality factor(Q)를 나타내어, 위상잡음과 전력소모량 사이의 trade-off를 더욱 원활하게 해 준다. 제안된 전압제어발진기는 TSMC 0.18um CMOS공정을 사용하여 설계되었고, 7.2mW의 전력을 사용하며, 6GHz 발진주파수에 대해 1MHz 오프셋 주파수에서 -189.3dBC/Hz의 성능지수(FOM)를 나타내었다.
For the reduction of parasitic inductance and matching of bonding wire in the package of microwave devices, we propose multiple bonding wires buried in a dielectric material of FR-4 composite. This structure is analyzed using the method of moments (MoM) and compared with the common bondwires and ribbon interconnections. The FR-4 composite is modelled by the cole-cole model which can consider the loss and the variation of the permittivity in a frequency. At 20 GHz, the parasitic reactance is reduced by 90%, 80%, 60% compared to those of a single bonding wire in air, double bonding wires in air and ribbon interconnection in air, respectively. Also, the new bondwire shows very good matching of 60.ohm characteristic impedance and has 15dB, 10dB, 5dB improvement of the return loss and 2.5dB, 0.7dB, 0.2dB improvement of the insertion loss compared to the common interconnections. This technique can minimize the parasitic effect of bondwires in microwave device packaging.
The dielectric effects on the parasitics of bondwires buried in slightly-lossy dielectric materials hav been investigated over a wide frequency range using the method of moments with incorporation of ohmic and dielectric losses. The FR-4 composite is widely used as a basis material for PCB and plastic packages, because of it sinherent electricl and chemical stbility and low cost. The cole-cole model, which is representative complex permittivity model of epoxy polymers, has been applied to consider the dielectric effects in the MoM calculation. The prasitic impedance of a grounded bondwire in FR-4 composite is greatly increased due to the dielectric loading effect enhanced by the radiation at high frequencies. These calculation results will be helpful for designing and packaging of high-frequency low-cost IC's.
A novel high-Q vertical jinductor for MMICs is proposed and characterized in a wide range of frequencies (DC~10 GHz) using the numerical methods such as the PeEC(partial equivalent element circuit), the FDM (finite difference method) and the MoM (method of moments). Electrical superiority of the vertical inductor to the horizontal is observed in terms of the magnetic flux linkage and the ground screening effect. The veritcal bondwire inductor is designed in consideration of the wire bonding feasibility and the optimum electrical peformance. This structure is also analyzed using the equivalent circuit and compared with the conventional spiral inductors From the calculated results, high Q-factor, inductance, and cut-off frequency are observed to be inherent characteristics of the veritcal bondwire inductor.
International journal of advanced smart convergence
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제9권1호
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pp.172-176
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2020
The implementation of a low phase noise voltage controlled oscillator (VCO) is important for the signal integrity of wireless communication terminal. A low phase noise wideband VCO for a wireless local area network (WLAN) application is presented in this paper. A 6-bit coarse tune capacitor bank (capbank) and a fine tune varactor are used in the VCO to cover the target band. The simulated oscillation frequency tuning range is from 8.6 to 11.6 GHz. The proposed VCO is desgned using 65 nm CMOS technology with a high quality (Q) factor bondwire inductor. The VCO is biased with 1.8 V VDD and shows 9.7 mA current consumption. The VCO exhibits a phase noise of -122.77 and -111.14 dBc/Hz at 1 MHz offset from 8.6 and 11.6 GHz carrier frequency, respectively. The calculated figure of merit(FOM) is -189 dBC/Hz at 1 MHz offset from 8.6 GHz carrier. The simulated results show that the proposed VCO performance satisfies the required specification of WLAN standard.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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