Aportaciones al diseño de varactores integrados en tecnologías de bajo coste para aplicaciones en radiofrecuencia

Resumen

El rápido crecimiento en la industria de las comunicaciones inalámbricas ha producido un importante aumento en la demanda de circuitos integrados de radiofrecuencia de bajo coste. Por otra parte, el mercado requiere de éstos, un alto nivel de integración y una elevada frecuencia de funcionamiento, sin renunciar a la disminución de la tensión de alimentación, disipación de potencia y ruido. Para satisfacer estas demandas se utilizan tecnologías de fabricación basadas en silicio, especialmente CMOS y BiCMOS, debido a su alto nivel de integración y bajo coste. En muchos circuitos integrados de radiofrecuencia se requiere de un varactor, dispositivo cuya capacidad varía con la tensión aplicada, con un factor de calidad y rango de sintonización tan altos como sean posibles. Esta tesis se centra en la búsqueda de nuevas estructuras para varactores de unión PN, que mejoren el factor de calidad y el rango de sintonización de los existentes en las librerías comerciales, ajustándose a las necesidades del diseñador. Para ello se diseñan, simulan, modelan, fabrican y caracterizan un conjunto de varactores en la tecnología de bajo coste de AMS BiCMOS Sitie 0.35 µm. Para el diseño de los varactores integrados se establece una metodología de trabajo basada en la repetición de celdas, entendiendo como celda el mínimo layout que contiene todas las capas necesarias para generar un varactor. Se realizan celdas con diferentes formas, que se utilizan luego en diversos varactores, cuyas prestaciones se comparan entre sí. Para los varactores diseñados basados en un tipo de celda de canal enterrado, denominada donuts, se desarrollan tres modelos. El primer modelo es el capacitivo, que sólo contiene las capacidades internas del dispositivo y es, por tanto, válido a frecuencias bajas. Para mejorar la respuesta en frecuencia del varactor, el segundo modelo, el inductivo-capacitivo, incorpora las inductancias parásitas. Y por último, el modelo resistivo incluye todos los elementos posibles (capacidades, inductancias y resistencias), ofreciendo una mejor aproximación a la respuesta del varactor. Todos estos modelos se han validado con la medida de diez varactores fabricados. Los modelos estiman la respuesta del varactor teniendo en cuenta la estructura de capas que lo forman, debiendo ser válidos tanto con las variaciones de la polarización y la frecuencia de operación del dispositivo. Con el fin de verificar la viabilidad del trabajo realizado, se han implementado dos VCO con los varactores diseñados.