射頻片上螺旋電感的模型分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、近年來，硅基片上螺旋電感作為射頻芯片的重要器件成為了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和業(yè)界的研究熱點。片上電感可應(yīng)用于移動通信系統(tǒng)的多個模塊中，是實現(xiàn)單片硅基射頻集成電路(Si-RFIC)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的分立電感相比，片上電感具有噪聲小、功耗低、成本低和易集成的優(yōu)點。本文主要研究了的硅基片上電感的電感值算法、物理模型的改進(jìn)和品質(zhì)因子Q值的優(yōu)化，設(shè)計實現(xiàn)了螺旋金屬線寬和間距漸變的新穎結(jié)構(gòu)的電感。 在廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上，本文從公式上比較了Greenh

2、ouse分段算法、Jenei算法和分圈迭代逼近算法的優(yōu)缺點，選擇了效率和精度較高的的分圈迭代逼近算法作為本文計算電感L值的依據(jù)。該算法與HFSS仿真結(jié)果相比誤差在5.5％以內(nèi)，與實際測試結(jié)果相比誤差在6.5％以內(nèi)。另一方面，本文采用分圈迭代逼近算法對電感初值進(jìn)行確定，再跟據(jù)ADS所提供的Gradient算法對進(jìn)一步改進(jìn)的單π物理模型與HFSS的仿真值進(jìn)行Q值和L值的擬合。結(jié)果表明進(jìn)一步改進(jìn)后的單π模型的L值和Q值與HFSS仿真值之間擬合

3、得較好，特別是在高頻的情況下。 根據(jù)電磁場理論詳細(xì)分析了片上電感的損耗機理，并借助三維電磁場仿真工具HFSS對不同工藝參量和結(jié)構(gòu)參數(shù)的電感作了大量分類模擬討論后，本文在不改變電感版圖尺寸的前提下，自主提出了螺旋金屬線寬和間距漸變的電感結(jié)構(gòu)以減小高頻時的渦流損耗，從而提高電感Q值。這種基于電感結(jié)構(gòu)的Q值優(yōu)化方法相對于其它Q值優(yōu)化方法更易實現(xiàn)，且不增加任何工藝成本。對所設(shè)計的優(yōu)化電感樣品制備測試后，測試結(jié)果為對于電感值L=5.96n