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摘 要

本文在对传统对称式CMOS射频收发开关仿真分析的基础上，讨论了更高频时的射频开关电路设计及其仿真方法，并给出电路仿真的总结分析。

本文对射频开关的特性及应用进行介绍，之后就SOI 衬底的特殊性和优势进行讨论，并分析了SOI器件相对于体硅器件的优点。进一步讨论射频开关的工作原理的条件下，对NMOS晶体管进行详细分析。接着，在对SOI器件特性进行详尽理论分析的基础上用实际的计算探索电路参数指标（插入损耗、隔离度和线性度）提高的技术。设计出了两个射频开关仿真方案：第一个方案是传统射频开关电路的改进设计，第二个方案是根据传统方案的不足，设计的高频稳定电路方案。

最后由隔离度、插入损耗和线性度入手进行电路的优化设计与仿真，并给出最后的仿真结果与结果分析。

关键词：SOI，CMOS，射频开关，ADS仿真

Design of the SOI CMOS RF Switch

04012303 ChenjingXi

Supervised by Huan Wang

Abstract

Based on the simulation and analysis of the traditional symmetrical CMOS RF transceiver switch,this paper discuss design and simulation method of RF switch circuit at higher frequencies, and gives a summary analysis of circuit simulation.

After introduce the characteristics and application of the RF switch, this paper discuss and analysis on the specificity and advantages of SOI substrate. Also,this paper analyzes the advantages of SOI devices than bulk silicon devices.With further discussion of RF switch’s working principles, this paper detaile analysis of NMOS transistor. Then, based on the detailed theoretical analysis of characteristics of SOI devices,this paper explore the technology to improve circuit parameters(insertion loss, isolation and linearity) via caculation. This paper designes two RF switch simulation programs: The first program aims to improve the design of conventional RF switch circuit, and the second program designs a high-frequency stabilization circuit program based on the disadvantages of the first traditional program,.

Finally, this paper begin to optimize the design and simulation of the circuit by isolation ,insertion loss and linearity and gives the final results and analysis.

KEY WORDS: SOI, CMOS, RF switch, ADS simulation

目录

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 引言 1

1.2 射频开关介绍 1

1.3 SOI材料的特点 2

1.4 SOI CMOS器件相比体硅CMOS器件的优点 3

1.5 SOI在射频电路中的应用优势 4

1.6 本文的内容安排 5

第二章 射频开关原理 7

2.1射频开关工作原理 7

2.2电路设计 8

2.3 NMOS开关模型 9

第三章 SOI CMOS器件 10

3.1 SOI器件的基本特性 10

3.1.1 背栅效应 10

3.1.2 短沟道效应 10

3.1.3体悬浮效应 11

3.2 SOI CMOS器件结构 12

3.2.1 器件尺寸 12

3.2.2 器件体接触 12

3.2.3电容 13

第四章 电路优化设计 15

4.1参数指标及优化 15

4.1.1插入损耗 15

4.1.2隔离度 17

4.1.3线性度 18

4.2方案设计 19

4.2.1传统方案设计 19

4.2.2 高频稳定电路方案设计 20

第五章 软件仿真及结果分析 23

5.1 ADS软件介绍 23

5.2 ADS软件电路仿真及结果分析 24

5.2.1传统电路仿真 24

5.2.2高频稳定电路仿真 28

第六章 总结 30

致谢 31

参考文献（References） 32

第一章 绪 论

1.1 引言

由于技术的持续发展，CMOS技术正越来越向更高频的方向发展，在低频带利用MOS晶体管设计电路变得越来越有吸引力。由于这项技术在亚微米级技术领域的的良好发展，使其变得具有更光明的前景。

首先，对射频场效应管开关（MOSFET）的物理原理进行简单梳理介绍。场效应管（FET）开关创建一条通道（耗尽层），容许电流从射频场效应管（MOSFET）的漏极流到源极。由于场效应管开关可以很好地使得漏极到源极的电阻（），所以开关的稳定性十分优良。场效应管（FET）的低通道电阻（），容许这些开关可以在低频上工作（最低到DC）。在场效应管（FET）处于关断状态时，场效应管（FET）的传导通道被耗尽（夹断），导致场效应管（FET）表现出异常的高电阻（），这种耗尽层被夹断的特点能够使得电路的隔离度表现出良好的性能。但是，由于漏极到源极电容（）的效应，场效应管MOSFET的隔离能力在高频率时会恶化。所以，在更高频率的时候电路的隔离度会随之下降，这是MOS开关的物理特性，在设计高频射频开关时需要充分考虑这类因素。然而对于设计射频开关来说，并不仅仅要考虑隔离度，后文将对射频开关的性能做详细阐述。

1.2 射频开关介绍

设计一个性能优良的射频开关必须要考虑许多因素，电路的好坏基本与下列参数有关：

带宽：带宽是一个十分重要的参数，带宽在很大程度上能够影响开关的最低工作频率和开关的最高工作频率。例如PIN管不能很好地控制低频信号或者直流信号的通断。由于截止频率会对管子产生一定影响，导致开关拥有最高的上限工作频率。

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