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3.2 SMIC 射频65nm CMOS 工艺 . 15
3.3 衬底（substrate）设置 17
3.4 Mesh的设置 18
3.5 仿真算法的设置 19
3.6 硅基工艺中多层介质的等效合并 . 19
3.7 HFSS 仿真衬底的设置 21
3.8 小结 . 22
4 巴伦的设计仿真. 23
4.1 引言 . 23
4.2 对窄边耦合的Marchand巴伦各参量的定性分析 23
4.3 Marchand巴伦的窄边耦合 layout版图设计 26
4.4 Marchand巴伦的宽边耦合 layout版图设计 29
4.5 宽边耦合巴伦减小版图面积的尝试 . 31
4.6 Marchand巴伦的设计总结 . 34
4.7 小结 . 34
5 可调巴伦初步探讨 . 35
5.1 引言 . 35
5.2 巴伦的阻抗转换比 35
5.3 DiCAD技术的调研 . 35
5.4 DiCAD技术与可调分析的探讨与总结 37
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
1 绪论
1.1 引言
在过去的10年中，无线设备应用得到了高速发展，无线通信有着越来越广泛的应
用范围。对于廉价、小型、高效收发机的需求促使研究者们不断寻求新的解决方案，
或者是改进现有的发明。作为射频模块重要的组成部分，无源元件占射频系统中基板
面积的70%~80%，占元件数目的80%~90%。随着片上系统（SoC，System-On-a-Chip）
的广泛应用和半导体CMOS工艺的发展，传统大体积器件，如巴伦等现在可以集成在
很小的硅基芯片上。这一切表明，由传统分立式、表面贴装式逐渐向集成式模块化方
向已成为无源元件的发展趋势。
目前普遍采用的兆级（Mbps，如 Wi-Fi和蓝牙）无线传输技术已无法满足迅猛增
长的千兆级（Gbps）应用需求。针对此技术瓶颈和低频频谱资源行将耗尽的现实，世
界主要国家均开辟了60 GHz的免费频段，一些大学、研究机构与大型企业已开始把
兴趣转向备受人们关注的毫米波通信技术的研究，60GHz技术凭借其自身的优点成为
毫米波通信技术研究的一朵奇葩[1]
。然而，一种技术的成功依赖其产品的尺寸和成本，
毫米波通信系统的成功也需要满足系统要求的集成电路技术。在 60 GHz产品中，存
在3种竞争性的技术：GaAs技术、SiGe技术、CMOS技术。没有一种单一的技术满
足系统的全部要求，例如GaAs技术满足快速、高增益、低噪声等特性要求，但比较
昂贵，究竟何种技术会成功仍是一个争论的话题。IBM已经采用SiGe技术开发了60
GHz的射频芯片。美国 Berkeley大学已采用130nm的 CMOS技术开发了收发信机芯
片。 1.2 巴伦原理简介
Balun（balance-unbalance），是平衡--不平衡变换器的简称，英文音译为巴伦。通
常用于射频（RF）电路中的差分电路结构（如图1）。它是一种从单端不平衡电路到双
端平衡电路的信号转换装置，实质是把一个单端不平衡输入信号分为两个等幅反相的
平衡输出信号。巴伦一方面可以起到阻抗变换的作用，另一方面两个输出有 180 度的
相位差，即可等效为一个具有输出反相功能的功分器。巴伦作为天线的馈电网络和相
移器、平衡放大器、相位检波器、平衡混频器等微波技术的关键器件之一，应用非常