專利名稱:片上電感集總模型的制作方法
技術領域:
本發(fā)明屬于集成電路領域,涉及一種片上螺旋電感等效模型的建立,特別涉及一種在自諧振頻率范圍內能精確模擬不同電感結構和不同襯底材料的片上電感集總模型。
背景技術:
在CMOS射頻集成電路(RFIC)發(fā)展中,片上螺旋電感以其噪聲小,成本低和易于集成等優(yōu)點已經部分取代分立電感,成為射頻集成電路中的關鍵元件,并被廣泛應用于濾波器,LNA以及VCO電路,是電路中最難設計和掌握的元件,它的性能參數直接影響著射頻集成電路的性能。品質因數Q是描述電感性能最重要的參數之一。減小電感的趨膚效應、鄰近效應及襯底的電磁損耗是在高頻下提升電感Q值的重要途徑。因此,可以從電感結構和襯底兩方面進行優(yōu)化提高Q值。在電感結構方面,為減小趨膚效應和鄰近效應,研究人員提出了許多新穎的電感結構,其中包括漸變結構,差分結構以及疊層結構等。在襯底方面,為減小襯底損耗,研究人員采用了新的襯底材料和襯底結構,其中包括高阻硅襯底、SOI襯底、石英襯底、鍺硅襯底、襯底pn結隔離等。片上螺旋電感模型要求在較寬頻帶內準確模擬電路性能,完整地描述電感性能,并且模型參數在考慮各種高頻集成效應的同時應與頻率無關。近年來,國內外研究人員提出了多種電感模型,如單η物理模型、雙η物理模型、T型物理模型。這些模型部分考慮了電感的渦流效應、趨膚效應、鄰近效應和寄生電容等。以傳統(tǒng)單η物理模型為例,參考
圖12,傳統(tǒng)單π模型由片上電感的寄生電容和電阻組成的串聯(lián)和并聯(lián)支路構成。串聯(lián)支路(即電感部分)由電感自身的物理量組成,模型參數中Ls表示片上電感的電感量,Rs表示電感的串聯(lián)電阻,Cs表示電感線圈內部間的邊緣電容。兩條對稱的并聯(lián)支路(即襯底部分)由襯底的寄生參量構成,模擬了襯底的損耗。
ι 和C。x2表示電感部分和襯底部分間的耦合電容,Rsi和Csi表示襯底部分的電阻和電
容。傳統(tǒng)單η模型適用的工作頻率低,在高頻范圍下,并不能準確模擬電感線圈的趨膚效應、鄰近效應以及襯底的電磁損耗。隨著工藝精度不斷提高,片上螺旋電感的尺寸不斷變小,對電感建模的精度要求也不斷提高,因此,需要考慮各類效應對電感性能的影響,并根據實際情況對電感現有模型進行必要的修正。有的強調了鄰近效應和襯底渦流的影響,對單η模型進行改進;有的提出差分電感模型;有的分析研究了溫度和頻率與襯底渦流的關系,建立了改進型電感模型; 有的研究了由下層金屬引線和中心連接引起的差分電感的不對稱性從而產生的寄生效應對電感性能的影響;此外,還有襯底損耗模型、寬帶模型等各種針對不同效應、不同結構的新型電感模型。上述的電感模型中,從單π模型到T型模型到考慮各種損耗的新型模型,其等效電路越來越復雜,參數提取也越來越困難,同時對于電感在結構上的變化對模型的影響未作更多的研究。而且上述模型大多是基于硅襯底上螺旋電感,并未涉及漸變結構的電感及 SOI等襯底上電感,因此限制了電感模型在射頻集成電路中的應用。由上可見,建立一種在一定范圍內能精確模擬不同電感結構和不同襯底材料的片上電感集總模型是非常必要的。
發(fā)明內容
本發(fā)明是旨在解決現有的片上電感集總模型由于沒有考慮不同電感結構和不同襯底材料的情況,進而導致不能精確完整地模擬電感性能的問題。本發(fā)明提供一種新型片上電感集總模型,其特征在于,所述片上電感集總模型在傳統(tǒng)單η模型的的電感部分接入了并聯(lián)的Rtl和Ltl,表征趨膚效應和鄰近效應;在所述傳統(tǒng)單η模型的襯底部分接入了并聯(lián)的Rsub和Csub,表征襯底的電磁損耗,使所述片上電感集總模型在自諧振頻率范圍內更加精確地模擬不同電感結構和不同襯底材料的片上螺旋電感。其中,根據所述片上電感集總模型的連接方式,所述電感部分的串聯(lián)電阻R(CO) 和串聯(lián)電感L(co)分別由以下公式決定
權利要求
1.一種片上電感集總模型,其特征在于,所述片上電感集總模型在傳統(tǒng)單η模型的電感部分接入了并聯(lián)的Rtl和Ltl,表征趨膚效應和鄰近效應;在所述傳統(tǒng)單π模型的襯底部分接入了并聯(lián)的Rsub和Csub,表征襯底的電磁損耗,使所述片上電感集總模型在自諧振頻率范圍內更加精確地模擬不同電感結構和不同襯底材料的片上螺旋電感。
2.根據權利要求1所述的片上電感集總模型,其特征在于,根據所述片上電感集總模型的連接方式,所述電感部分的串聯(lián)電阻R( )和串聯(lián)電感L(co)分別由以下公式決定
3.根據權利要求1所述的片上電感集總模型,其特征在于,Rsub和Csub代表襯底損耗對所述片上螺旋電感的影響,基于具有不同襯底的所述片上螺旋電感,Rsub和Csub具有不同的值。
4.根據權利要求1所述的片上電感集總模型,其特征在于,所述電感部分還包括與禮、 L1及Rtl和Ltl并聯(lián)連接的CS,CS表示電感線圈內部間的邊緣電容;所述電感部分和所述襯底部分通過C。xl和C。x2連接,C。xl和C。x2表示所述電感部分和所述襯底部分間的耦合電容,其中兩個端口非對稱,C。xl#C。x2。
5.根據權利要求1所述的片上電感集總模型,其特征在于,所述襯底部分包括兩個分支,各分支包括并聯(lián)連接的Rsi和Csi,Rsi和Csi分別表示所述襯底部分的電阻和電容,所述兩個分支中的I^i為相同值,所述兩個分支中的Csi為相同值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型片上電感集總模型,所述片上電感集總模型在傳統(tǒng)單π電感模型的電感部分接入了并聯(lián)的R0和L0,表征趨膚效應和鄰近效應;在襯底部分接入了并聯(lián)的Rsub和Csub,表征襯底的電磁損耗。本發(fā)明片上電感集總模型與傳統(tǒng)單π模型相比,因其同時考慮了趨膚效應和鄰近效應及襯底的電磁損耗,在自諧振頻率范圍內可以更加精確地模擬不同電感結構和不同襯底材料的片上螺旋電感。
文檔編號G06F17/50GK102156792SQ20111011408
公開日2011年8月17日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權日2011年5月4日
發(fā)明者任錚, 李曦, 石艷玲, 胡少堅, 蔡靜, 陳壽面 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 華東師范大學