高性能硅基RFICs中片上螺旋電感的設計、建模及參數提取分析.pdf

1、伴隨著射頻通信技術的快速發(fā)展和CMOS工藝設計水平的提高，射頻集成電路在通信領域有著愈發(fā)廣泛的市場需求，RFICs的關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、結構參數固定且占用電路面積較大的傳統(tǒng)電感線圈已經難以適應RFICs寬帶化、微型化的發(fā)展目標，與此同時各種寄生效應也會對電感造成嚴重的性能損耗，因此，提高3D電感模型的精確度就變得極為迫切

2、，而這也導致了片上螺旋電感在3D建模中愈發(fā)的復雜化，進而給元件參數的提取和優(yōu)化等流程增加了較大難度；此外，由于目前大多數工藝庫中并不能提供連續(xù)可調的參數化電感模型，因而導致片上螺旋電感在結構設計與模型優(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?。
　　本文提出了一種改進型單π模型。從結構上講，就是在傳統(tǒng)單π模型等效電路的頂部串聯了

3、一個Rsl-Lsl并聯支路用于模擬趨膚和鄰近效應，從襯底耦合效應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模型采用二端口網絡分析法、擬線性函數法并輔以線性擬合來實現模型電路元件參數的提取，然后對電感在HFSS中的電磁仿真數據、傳統(tǒng)單?模型以及改進型單π模型多個性能參數的仿真數據（品質因數Q、等效串聯電感Lef和電阻Reff、耦合系數k、S參數及其誤差率）進行了比較，仿真結果證明與傳統(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，還不能達到電感實際化應用的要求。基于上述不足，我們對模型結構進行了優(yōu)化設計，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的電路結構不變，而采用了R2-C2并聯支路表征襯底耦合效應并利用上面提到的方法對模型進行了參數表達式的推導、提取與擬合等流程。最后，通過對電感在HFSS下的電磁仿真數據、傳統(tǒng)型、改進型以