高性能硅基RFICs中片上螺旋電感的設(shè)計、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)廣泛的市場需求，RFICs的關(guān)鍵子單元電路中都要用到電感這類無源元件，而整個RFICs的性能也會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)，與此同時各種寄生效應(yīng)也會對電感造成嚴(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)計與模型優(yōu)化過程中花費了大量的時間和精力同時并沒有達(dá)到所期望的精度要求，給不同功能電路中電感的靈活運用造成了很大不便，也極大地限制了芯片級電感的規(guī)?；瘧?yīng)用。
　　本文提出了一種改進型單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行考慮，襯底支路又引入了電容Csub對其進行表征。提出的改進型單π模型采用二端口網(wǎng)絡(luò)分析法、擬線性函數(shù)法并輔以線性擬合來實現(xiàn)模型電路元件參數(shù)的提取，然后對電感在HFSS中的電磁仿真數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)單?模型以及改進型單π模型多個性能參數(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）進行了比較，仿真結(jié)果證明與傳統(tǒng)單π

4、模型相比，改進型單?模型的精確度有所提升，但同時改進型單?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，還不能達(dá)到電感實際化應(yīng)用的要求。基于上述不足，我們對模型結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，進而提出了增強型單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模型進行了參數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)、提取與擬合等流程。最后，通過對電感在HFSS下的電磁仿真數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)型、改進型以