Comparison of De-embedding Methods for Long Millimeter and Sub-Millimeter-Wave Integrated Circuits

National audienceThis paper compares several de-embedding methods over millimeter and sub-millimeter wave frequen-cies in integrated technology. These methods are compared for S-CPW transmission lines considered as device under test. From these comparisons we propose an effective way to de-embed transmission lines. A method called "Half-Thru de-embedding method" is especially discussed. The SCPW transmission line model and results are obtained from Ansys HFSS Simulations in BiCMOS 55-nm integrat-ed technology

Apport des lignes à ondes lentes S-CPW aux performances d'un front-end millimétrique en technologie CMOS avancée

L objectif de ce travail est de concevoir et de caractériser un front-end millimétriqueutilisant des lignes de propagation à ondes lentes S-CPW optimisées en technologies CMOS avancées.Ces lignes présentant des facteurs de qualité 2 à 3 fois supérieurs à ceux des lignes classiques de typemicroruban ou CPW.Dans le premier chapitre, l impact de l évolution des noeuds technologiques CMOS sur lesperformances des transistors MOS aux fréquences millimétriques et sur les lignes de propagation ainsiqu un état de l art concernant les performances des front-end sont présentés. Le deuxième chapitreconcerne la réalisation des lignes S-CPW dans différentes technologies CMOS et la validation d unmodèle phénoménologique électrique équivalent. Le troisième chapitre est dédié à la conceptiond amplificateurs de puissance à 60 GHz utilisant ces lignes S-CPW en technologies CMOS 45 et65 nm. Cette étude a permis de mettre en évidence l apport des lignes à ondes lentes aux performancesdes amplificateurs de puissance fonctionnant dans la gamme des fréquences millimétriques. Uneméthode de conception basée sur les règles d électro-migration et permettant une optimisation desperformances a été développée. Finalement, un amplificateur faible bruit et un commutateur d antennetravaillant à 60 GHz et à base de lignes S-CPW ont été conçus en technologie CMOS 65 nm afin degénéraliser l impact de ce type de lignes sur les performances des front-end millimétriques.The objective of this work is to design and characterize a millimeter-wave front-end usingthe optimized slow-wave transmission lines S-CPW in advanced CMOS technologies. The qualityfactor of these transmission lines is twice to three times higher than that of the conventionaltransmission lines such as microstrip lines and coplanar waveguides.In the first chapter, the influence of CMOS scaling-down on the performance of transistors atmillimeter-wave frequencies and on the transmission lines was studied. In addition, a state of the artwith regard to the performance of the front-end was presented. The second chapter concerns about therealization of the S-CPW lines in different CMOS technologies and the validation of an electricalequivalent model. The third chapter is dedicated to the design of 60-GHz power amplifiers using theseS-CPW lines in CMOS 45 and 65 nm technologies. This study highlighted the performanceenhancement of power amplifiers operating at millimeter-wave frequencies by using the slow-wavetransmission lines. A design method based on the electro-migration rules was also developed. Finally,a low noise amplifier and an antenna switch operating at 60 GHz were designed in CMOS 65 nm inorder to generalize the impact of such transmission lines on the performance of the millimeter-wavefront-end.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Integrated Silicon Microwave and Millimeterwave Passive Components and Functions

Non

Design of a 77-GHz LC-VCO With a Slow-Wave Coplanar Stripline-Based Inductor

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Conception et réalisation de filtres microondes planaires accordables par varactors, à base de structures périodiques

The aim of this work was to design tunable RF/microwave filters. After having drawn up a state of the art of tunable microwave filters, factors of merit were proposed to compare these kinds of devices. Next, three topologies of tunable filters were developed. These filters are based on planar periodic structures consisting in transmission lines and capacitors loading these lines. For these three studies, semi-distributed based modelizations were done, by taking a distributed model of transmission lines and a lumped model of considered capacitors into account. Straightforward design rules have been derived. Fixed and tunable filters were designed with these methods of conception and then carried out in an hybrid coplanar technology. Workingfrequency- and/or bandwidth-tunings of these filters are obtained by using reverse-biased varactor diodes loading the transmission lines, these varactors showing acceptable quality factors at the considered working frequencies (between 0,5 and 9 GHz for our prototypes). Measurements of manufactured prototypes allowed to validate theoretical studies.L'objectif de ce travail fut de concevoir des filtres accordables dans le domaine RF/microondes. Après avoir dressé un état de l'art du filtrage accordable microonde et défini des facteurs de mérite permettant de comparer ces types de dispositifs, trois topologies de filtres ont ensuite été proposées. Ces filtres sont basés sur des structures périodiques planaires constituées de lignes de propagation et de capacités chargeant ces lignes. Pour les trois études présentées, des modélisations semi-réparties de ces structures ont été effectuées, modélisations analytiques prenant en considération un modèle réparti des lignes de propagation et un modèle localisé des capacités considérées. Des règles de conception simples ont alors été déduites. Des filtres fixes et accordables ont pu être conçus à partir de ces méthodes de conception puis réalisés en technologie coplanaire hybride. L'accord de la fréquence de fonctionnement et/ou de la bande passante de ces filtres est réalisé par l'intermédiaire de varactors chargeant les lignes de propagation, les varactors que nous avons utilisés étant du type jonctions semiconductrices polarisées en inverse présentant des facteurs de qualité acceptables aux fréquences de travail considérées pour nos prototypes (entre 0,5 et 9 GHz). Les mesures des prototypes réalisés ont ensuite permis de valider les études théoriques proposées

"Tunable compact filters based on stub-loaded parallel-coupled resonators"

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" Parallel-coupled Stub-loaded Resonators Compact Size Tunable Filter "

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Dispersive model for the phase velocity of slow-wave CMOS coplanar waveguides

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"Design Guidelines for High Performance Slow-Wave Transmission Lines with Optimized Floating Shield Dimensions"

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Half-Thru de-embedding method for millimeter-wave and sub-millimeter-wave integrated circuits

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