Pemboleh aras RF induktor menjadi fokus penyelidikan bagi menghasilkan
konfigurasi sistem RF di dalam cip yang bersaiz kecil. Pendekatan ini menjadi salah
satu cabaran kerana bacaan bagi nilai aruhan yang tinggi bagi satu jarak penalaan perlu
dihasikan serta factor kualiti yang tinggi. Pelbagai teknik penalaan yang telah
digunakan sebelum ini seperti suis bergilir, suis aruhan saling, gandingan bimorph
pada kesan yang berbeza-beza, dan suiz medan magnet. Tetapi jarak penalaan yanag
diperolehi adalah kurang dari 60% bagi pemboleh aras induktor dan pada masa yang
sama kualiti faktor berada pada paras yang rendah. Matlamat penyelidikan ini adalah
untuk menghasilkan reka bentuk pemboleh aras induktor dengan jarak penalaan dan
kualiti faktor yang tinggi bagi aplikasi RF dengan menggunakan teknik mikro bendalir
serta pemboleh aras induktor berasaskan CMOS dengan nilai bacaan jarak penalaan
yang berskala kecil serta kualiti faktor yang tinggi pada aplikasi gelombong mikro
tanpa wayar. Analisis parametric berdasarkan persamaan untuk induktor satah dan 3-
dimensi telah dikaji. Cadangan teknik penalaan yang baru telah ditentukan
berdasarkan sumbangan parameter fizikal dan ciri ciri elektrik bagi keberkesanan
variasi kearuhan yang telah dipilih. Cecair telap khususnya cecair-ferro digunakan
untuk tujuan permerhatian. 3 jenis pemboleh aras induktor yang berasaskan cecair iaitu
pemboleh aras bagi lingkaran satah induktor, pemboleh aras wayar-lilit solenoid
induktor dan pemboleh aras wayar-terikat solenoid induktor dicadangkan bagi hasil
kerja ini. Dengan menggunakan alat analisis simulasi HFSS full-3D EM, rekabentuk
induktor berasaskan cecair telah direkabentuk dan dianalisisi. Pemboleh aras induktor
diukur dengan mengalirkan cecair-ferro ke dalam teras induktor. Teras induktor
difabrikasi dengan menggunakan bahan berasaskan PDMS. Keputusan jarak penalaan
serta resonan frekuensi berubah mengikut menggunakan kepekatan magnet nanopartikel
yang terkandung di dalam cecair-ferro. Ukuran bagi nisbah penalaan untuk
pemboleh aras wayar-lilit induktor ialah 90.6% serta Q faktor adalah 129. Manakala
nisbah penalaan untuk wayar-terikat induktor adalah 81% serta kualti faktor 39.8.
Selain itu, pemboleh aras induktor dengan menggunakan CMOS 0.11 um proses
teknologi telah direkabentuk, disimulasi dan diukur untuk mengawal aliran magnet ke
induktor satah. Induktor tersebut boleh dilaras dengan 9 nilai induktor berbeza dan
julat laras adalah 6.5% untuk 1.7 GHz. Tambahan lagi, proses MEMS untuk
menghasilkan mikro saiz 3D induktor solenoid juga dicadangkan. Faktor kualiti untuk
rekabentuk induktor yang dicadangkan berada di dalam julat yang diterima untuk
aplikasi frekuensi tinggi tanpa wayar. Induktor berdasarkan CMOS juga menunjukkan
nilai faktor kualiti serta nisbah jarak penalaan yang berskala kecil.
__________________________________________________________________________________
There has been a lot of interest in the tuneability of RF inductors to realize the
reconfigurable RF systems for a miniaturized on-chip solution. This approach is still a
challenge as high inductance tuning range and high quality factor should be obtained
simultaneously. Various prior tuning techniques such as switched turns, switched
mutual inductance, bimorph-effect-based varied-coupling and switched magnetic field
are studied. The tuning range is less than 60% for state-of-art tunable inductors while
the obtained quality factor is low. The research goals of this work are to design a novel
tunable inductor with high tuning range and high quality factor for radio frequency
wireless applications using microfluids as well as to design a CMOS-based tunable
inductor with fine tuning range and high quality factor for microwave wireless
applications. Equation-based parametric analysis for planar and three-dimensional
inductors are investigated. The contributions of physical and electrical parameters,
effective in inductance variation, are determined and new tuning techniques are
proposed. The permeable liquids specially the ferrofluids are investigated. Three
liquid-based variable inductor including tunable planar spiral inductor, tunable wirewound
solenoid inductor and tunable wire-bonded solenoid inductor are proposed. The
tunable inductors were simulated and measured with injecting ferrofluids into the core.
The liquid-based proposed technique to vary the permeability of the solenoid core
showed that using liquids with different magnetic particle concentration varies the
inductance significantly while the quality factor degradation is less severe than the
prior works. Using the ferrofluids with different magnetic Nano-particle concentration
injected to PDMS-based channel, different tuning range and self-resonance
frequencies were obtained. The measured tuning ratio for the wire-wound inductor was
obtained around 90.6% with a maximum Q factor of 129. The tuning ratio for the wirebonded
inductor was measured as 81% with a maximum quality factor of 39.8.
Besides, the proposed fine-tunable 0.11-μm CMOS structure to control the magnetic
flow in the planar inductors was simulated and measured. The inductance can be tuned
for 9 different values and a tuning range of 6.5% is obtained at 1.7 GHz. In addition,
in order to miniaturize the inductor, the MEMS process to realize 3D solenoid inductor
on tiny scales is proposed. The quality factor in all proposed designs are remained in
acceptable range for high-frequency wireless applications. Also, the measured results
for CMOS-based proposed technique showed the quality factor is intact while fine
tuning ratio is achieved.
Design, fabrication and characterization of micro fluidic and cmos-based process technology rf tuneable inductor_Fatemeh Bani Torfian Hoveizavi_E3_2016_MYMY