随着无线通信的迅猛发展,人们对通信系统的要求越来越高,如小型化、低功耗和可靠性,用单片集成射频电路取代混合集成电路己成为必然。CMOS工艺在量产和成本方面具有其他工艺无法比拟的优点,尤其在超大规模数字集成电路方面的主导地位使得全CMOS单片集成通信电路成为将射频和基带单片集成的最可能方案。高品质无源器件的缺乏已经成为CMOS射频集成电路的设计瓶颈之一。作为主要的片上无源器件之一,变压器在低噪声放大器、压控振荡器、功率放大器和滤波器等几乎所有的射频电路模块中都有应用,尤其在差分电路和低电压低功耗电路设计中具有特殊的重要性。而巴伦(Balun)作为一种可实现单双端转换的特殊的变压器在双平衡混频器和匹配网络中不可或缺。但是CMOS工艺下无源变压器及巴伦的设计方法至今尚不完善,从而限制了它们在集成电路中的应用。本论文的任务是使用标准CMOS工艺实现适合射频电路应用的片上无源变压器和巴伦。研究的对象是两端口变压器(匝比为1:1和1:N)和多端口变压器(即巴伦)。本文使用一种被学术界广泛接受的模拟工具进行设计。首先讨论了仿真工具的设置并通过实验验证了仿真精度。然后使用此工具对片上螺旋变压器及巴伦的设计进行了全面的分析和研究。从片上螺旋变压器的集总元件等效模型入手,阐述了片上螺旋变压器不理想的耦合和线圈间存在的寄生效应对器件性能造成的影响。然后在理论分析的基础上,通过大量实验比较得到片上螺旋变压器及巴伦的几何结构与性能之间的关系。并且借鉴片上螺旋电感的设计经验和多层金属工艺的便利对其进行优化。同时讨论了电容调谐在窄带射频应用中对性能的提升作用。根据这些分析获得工作在射频并经过优化的片上螺旋变压器和巴伦的结构,总结出现有的标准CMOS工艺条件下片上螺旋变压器及巴伦的设计方法。这些设计通过实际流片和测试得到了验证。本文也简要讨论了衬底耦合隔离结构的设计问题,为片上螺旋变压器和巴伦的保护环设计提供了设计指导。虽然本文讨论的变压器是用硅集成电路工艺制造,这个研究方法也同样适合在诸如GaAs等绝缘或半绝缘衬底上制造的器件。