高性能硅基RFICs中片上螺旋電感的設(shè)計(jì)、建模及參數(shù)提取分析.pdf

1、伴隨著射頻通信技術(shù)的快速發(fā)展和CMOS工藝設(shè)計(jì)水平的提高，射頻集成電路在通信領(lǐng)域有著愈發(fā)廣泛的市場(chǎng)需求，RFICs的關(guān)鍵子單元電路中都要用到電感這類(lèi)無(wú)源元件，而整個(gè)RFICs的性能也會(huì)受到電感性能的直接影響。隨著工作頻率的不斷上升，只適用于特定功能電路、結(jié)構(gòu)參數(shù)固定且占用電路面積較大的傳統(tǒng)電感線(xiàn)圈已經(jīng)難以適應(yīng)RFICs寬帶化、微型化的發(fā)展目標(biāo)，與此同時(shí)各種寄生效應(yīng)也會(huì)對(duì)電感造成嚴(yán)重的性能損耗，因此，提高3D電感模型的精確度就變得極為迫切

2、，而這也導(dǎo)致了片上螺旋電感在3D建模中愈發(fā)的復(fù)雜化，進(jìn)而給元件參數(shù)的提取和優(yōu)化等流程增加了較大難度；此外，由于目前大多數(shù)工藝庫(kù)中并不能提供連續(xù)可調(diào)的參數(shù)化電感模型，因而導(dǎo)致片上螺旋電感在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型優(yōu)化過(guò)程中花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力同時(shí)并沒(méi)有達(dá)到所期望的精度要求，給不同功能電路中電感的靈活運(yùn)用造成了很大不便，也極大地限制了芯片級(jí)電感的規(guī)?；瘧?yīng)用。
　　本文提出了一種改進(jìn)型單π模型。從結(jié)構(gòu)上講，就是在傳統(tǒng)單π模型等效電路的頂部串聯(lián)了

3、一個(gè)Rsl-Lsl并聯(lián)支路用于模擬趨膚和鄰近效應(yīng)，從襯底耦合效應(yīng)給電感性能造成的影響角度進(jìn)行考慮，襯底支路又引入了電容Csub對(duì)其進(jìn)行表征。提出的改進(jìn)型單π模型采用二端口網(wǎng)絡(luò)分析法、擬線(xiàn)性函數(shù)法并輔以線(xiàn)性擬合來(lái)實(shí)現(xiàn)模型電路元件參數(shù)的提取，然后對(duì)電感在HFSS中的電磁仿真數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)單?模型以及改進(jìn)型單π模型多個(gè)性能參數(shù)的仿真數(shù)據(jù)（品質(zhì)因數(shù)Q、等效串聯(lián)電感Lef和電阻Reff、耦合系數(shù)k、S參數(shù)及其誤差率）進(jìn)行了比較，仿真結(jié)果證明與傳統(tǒng)單π

4、模型相比，改進(jìn)型單?模型的精確度有所提升，但同時(shí)改進(jìn)型單?模型也存在著自諧振頻率resf較低、模型等效性與擬合度差等缺點(diǎn)，還不能達(dá)到電感實(shí)際化應(yīng)用的要求?；谏鲜霾蛔?，我們對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而提出了增強(qiáng)型單π模型，該模型中用于表示趨膚和鄰近效應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)不變，而采用了R2-C2并聯(lián)支路表征襯底耦合效應(yīng)并利用上面提到的方法對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)、提取與擬合等流程。最后，通過(guò)對(duì)電感在HFSS下的電磁仿真數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)型、改進(jìn)型以