利用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀提取四端口變壓器模型參數(shù)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀提取四端口變壓器模型參數(shù)的方法，該方法將嵌套組成四端口變壓器的兩個電感分解成初級線圈和次級線圈，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試初級線圈兩個端口之間的散射參數(shù)，及次級線圈兩個端口之間的散射參數(shù)；再將四端口變壓器設(shè)計成轉(zhuǎn)置或非轉(zhuǎn)置變壓器，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試變壓器未接地的兩個端口之間的散射參數(shù)；根據(jù)測試數(shù)據(jù)提取初級線圈和次級線圈的相關(guān)模型參數(shù)，及初級線圈與次級線圈間的互感和耦合電容。本發(fā)明通過將四端口變壓器拆解成多個二端口測試結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了用價格相對低廉的二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試四端口變壓器模型參數(shù)的目的，從而節(jié)省了測試的成本。
【專利說明】利用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀提取四端口變壓器模型參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻器件建模領(lǐng)域，特別是涉及四端口變壓器的模型參數(shù)提取方法。【背景技術(shù)】
[0002]在CMOS射頻集成電路中，變壓器是一種重要的無源片上元件，它廣泛地應(yīng)用在阻抗匹配、單端信號與差分信號的相互轉(zhuǎn)換、隔離等，以獲得更高的集成度。
[0003]一般來說，變壓器是一個三端口甚至四端口的器件，例如圖1所示，圖1是一個四端口的變壓器，其四個端口分別為P1、P2、P3、P4，在提取四端口變壓器的模型參數(shù)時，通常需要使用四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測試，但是四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀價格非常昂貴，因此測試的成本很高。二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀雖然價格相對低廉，但是不能用其直接測試四端口變壓器的S參數(shù)，因此不能直接對四端口變壓器進(jìn)行模型提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀提取四端口變壓器模型參數(shù)的方法，它可以降低測試的成本。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的利用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀提取四端口變壓器模型參數(shù)的方法，包括以下步驟:
[0006]I)將嵌套組成四端口變壓器的兩個電感分解成初級線圈和次級線圈，初級線圈和次級線圈彼此獨(dú)立，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試初級線圈兩個端口之間的散射參數(shù)，以及次級線圈兩個端口之間的散射參數(shù)；
[0007]2)將四端口變壓器設(shè)計成轉(zhuǎn)置變壓器或非轉(zhuǎn)置變壓器，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試變壓器未接地的兩個端口之間的散射參數(shù)；
[0008]3)由步驟I)得到的測試數(shù)據(jù)提取初級線圈和次級線圈的相關(guān)模型參數(shù)；由步驟
2)得到的測試數(shù)據(jù)提取初級線圈與次級線圈間的互感和耦合電容。
[0009]本發(fā)明通過將四端口變壓器拆解成多個二端口測試結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了用價格相對低廉的二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試四端口變壓器模型參數(shù)的目的，從而節(jié)省了測試的成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是四端口變壓器結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2是將四端口變壓器的兩個電感分解，得到初級線圈(a)和次級線圈(b)兩個獨(dú)立的二端口網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0012]圖3是四端口變壓器轉(zhuǎn)置測試結(jié)構(gòu)版圖接法(a)及測試電路(b)示意圖。
[0013]圖4是四端口變壓器非轉(zhuǎn)置測試結(jié)構(gòu)版圖接法(a)及測試電路(b)示意圖。
[0014]圖5是四端口變壓器等效電路圖。
[0015]圖6是四端口變壓器Sll參數(shù)驗證。其中，①為模型仿真結(jié)果，②為非轉(zhuǎn)置變壓器實測數(shù)據(jù)。[0016]圖7是四端口變壓器S44參數(shù)驗證。其中，①為模型仿真結(jié)果，②為非轉(zhuǎn)置變壓器實測數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0017]為對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實施方式，對本發(fā)明詳述如下:
[0018]本實施例通過將四端口變壓器分解成四種不同的連接方式，然后用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試每種接法的散射參數(shù)，實現(xiàn)了圖1的四端口變壓器模型參數(shù)的提取，并對模型的精度進(jìn)行了驗證。具體方法如下:
[0019]步驟1，將嵌套組成四端口變壓器的兩個電感分解成兩個獨(dú)立的二端口網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中，圖2 (a)為初級線圈，圖2 (b)為次級線圈。P1、P2為初級線圈端口，P3、P4為次級線圈端口。然后，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀分別測試初級線圈端口 Pl和P2之間的散射參數(shù)(即S參數(shù)，包括S11、S22、S12及S21)，以及次級線圈端口 P3和P4之間的散射參數(shù)(包括S33、S44、S34及S43)。
[0020]步驟2，將四端口變壓器設(shè)計成轉(zhuǎn)置變壓器，即將四端口變壓器的端口 P2和端口P4接地，如圖3 (a)所示，然后用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試轉(zhuǎn)置變壓器端口 Pl和端口 P3之間的散射參數(shù)(包括Sll、S33、S31及S13)。
[0021]步驟3，將四端口變壓器設(shè)計成非轉(zhuǎn)置變壓器，即將四端口變壓器的端口 P2和端口 P3接地，如圖3 (b)所示，然后用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試非轉(zhuǎn)置變壓器端口 Pl和端口 P4之間的散射參數(shù)(包括S11、S44、S14及S41)。
[0022]步驟4，將初級線圈和次級線圈視作兩個對稱電感，按照片上對稱電感的模型參數(shù)提取方法(可參考:Internal Impedance of Conductors of Rectangular CrossSection, IEEETRANSACTION ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol.47，N0.7，July1999 ;Line-to_Ground Capacitance Calculation for VLS1: A Comparison,IEEETRANSACTIONS ON⑶MPUTER-AIDED DESIGN, Vol.7,N0.2,February 1988 physicalModeling of SpiralInductors on Silicon,IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRONDEVICES, Vol.47，N0.3，March2000。)，根據(jù)下列公式(I)?(5)，對步驟I中測試得到的散射參數(shù)進(jìn)行擬合，提取初級線圈和次級線圈的相關(guān)參數(shù)；通過對步驟2得到的轉(zhuǎn)置變壓器端口 Pl和端口 P3之間的散射參數(shù)進(jìn)行參數(shù)擬合，提取初級線圈與次級線圈間的互感和耦合電容。
[0023]等效電路圖如圖5所示，圖中，rlidP Ilu組成的梯形電路用來模擬初級線圈和次級線圈中的趨膚效應(yīng)，虛線框②內(nèi)為初級線圈端口 Pl與端口 P2的耦合電容CP12，虛線框④內(nèi)為次級線圈端口 P3與端口 P4的耦合電容cp34，虛線框①和②中的電路一起組成初級線圈等效電路，虛線框③和④中的電路一起組成次級線圈等效電路；其余為初級線圈與次級線圈間的互感和耦合電容，其中，cpl3表示端口 Pl和端口 P3間的耦合電容，cpl4表示端口 Pl和端口 P4間的耦合電容，cp23表示端口 P2和端口 P3間的耦合電容，cp24表示端口P2和端口 P4間的耦合電容，ksl4表示端口 Pl和端口 P4間的互感，ksl3表示端口 Pl和端口 P3間的互感，ks24表示端口 P2和端口 P4間的互感，ks23表示端口 P2和端口 P3間的互感。
【權(quán)利要求】
1.利用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀提取四端口變壓器模型參數(shù)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將嵌套組成四端口變壓器的兩個電感分解成初級線圈和次級線圈，初級線圈和次級線圈彼此獨(dú)立，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試初級線圈兩個端口之間的散射參數(shù)，以及次級線圈兩個端口之間的散射參數(shù)； 2)將四端口變壓器設(shè)計成轉(zhuǎn)置變壓器或非轉(zhuǎn)置變壓器，用二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測試變壓器未接地的兩個端口之間的散射參數(shù)； 3)由步驟I)得到的測試數(shù)據(jù)提取初級線圈和次級線圈的相關(guān)模型參數(shù)；由步驟2)得到的測試數(shù)據(jù)提取初級線圈與次級線圈間的互感和耦合電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)，初級線圈相關(guān)模型參數(shù)包括初級線圈兩個端口之間的耦合電容，次級線圈相關(guān)模型參數(shù)包括次級線圈兩個端口之間的耦合電容。
【文檔編號】G01R27/26GK103852662SQ201210521426
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】張健, 黃景豐 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司