金属线宽及线间距渐变的射频螺旋电感

为减少射频螺旋电感的金属导体损耗,提出了一种电感金属线宽及金属间距从外到内逐渐变小的新颖结构.与传统的固定金属线宽和间距的电感相比,该渐变结构电感涡流效应的影响较小,金属导体损耗减小,从而降低其串联电阻,品质因子Q值提高.实验结果确证了所提方法的正确性.对一个高阻硅衬底上6nH电感,优化设计的渐变结构电感Q值在2.46GHz处可达到14.25,比版图面积相同、固定线宽及间距的传统电感高11.3%.因此,在无线通信系统的射频前端,采用这种电感与射频集成电路结合,能获得更好的射频电路性能.     

金属线宽及线间距渐变的射频螺旋电感

为减少射频螺旋电感的金属导体损耗,提出了一种电感金属线宽及金属间距从外到内逐渐变小的新颖结构.与传统的固定金属线宽和间距的电感相比,该渐变结构电感涡流效应的影响较小,金属导体损耗减小,从而降低其串联电阻,品质因子Q值提高.实验结果确证了所提方法的正确性.对一个高阻硅衬底上6nH电感,优化设计的渐变结构电感Q值在2.46GHz处可达到14.25,比版图面积相同、固定线宽及间距的传统电感高11.3%.因此,在无线通信系统的射频前端,采用这种电感与射频集成电路结合,能获得更好的射频电路性能.     

金属线宽与间距渐变的片上螺旋电感设计规则研究

在分析片上螺旋电感的磁场分布及射频损耗机制的基础上,研究了电感的金属线宽及线圈间距的变化对电感性能的影响,在大量数值分析基础上提出了金属线宽与间距之和不变,而金属线宽与间距之比从外圈到内圈逐渐减小的渐变型片上螺旋电感,并得到了实验验证,多组样品的测试结果与数值分析结果相吻合,以2.4 GHz频段处为例,在高阻硅衬底上制备的5 nH渐变结构电感的品质因子Q为11,比具有相同外径和电感值的固定金属线宽及间距的传统电感高19.6%.     

精确高效的渐变结构片上螺旋电感的电感值分析技术

与传统的金属线宽和间距固定不变的无源片上螺旋电感相比,线宽和间距由外圈到内圈渐变的新型结构电感能有效提高电感品质因子.这种新结构电感的出现使得Jenei等人提出的闭合电感公式已不再适用于其电感值的计算,而改进的wheeler公式计算误差又较大.针对这种情况,文中提出了一种以圈为单位分圈迭代求自感,用整体平均法计算互感的平面螺旋电感的电感值计算方法.该算法分析值与HFSS仿真值相比,误差小于3%,与样品测量值相比,误差小于4%.因此该算法具有计算速度快、精度高的特点,能用于渐变结构片上螺旋电感的高效设计,并可缩短设计周期.     

精确高效的渐变结构片上螺旋电感的电感值分析技术

与传统的金属线宽和间距固定不变的无源片上螺旋电感相比,线宽和间距由外圈到内圈渐变的新型结构电感能有效提高电感品质因子.这种新结构电感的出现使得Jenei等人提出的闭合电感公式已不再适用于其电感值的计算,而改进的wheeler公式计算误差又较大.针对这种情况,文中提出了一种以圈为单位分圈迭代求自感,用整体平均法计算互感的平面螺旋电感的电感值计算方法.该算法分析值与HFSS仿真值相比,误差小于3%,与样品测量值相比,误差小于4%.因此该算法具有计算速度快、精度高的特点,能用于渐变结构片上螺旋电感的高效设计,并可缩短设计周期.     

衬底结构特征对硅基螺旋电感性能的影响

使用三维电磁场模拟的方法对不同硅衬底结构螺旋电感进行了模拟和分析.通过改变衬底的电导率、隔离层的厚度以及隔离层的材料、衬底引入硅锗合金层等模拟,分析了电感性能的变化.结果表明随着电导率的减小,电感的性能会增强,但改善的幅度会逐渐减小.厚的SiO2隔离层有利于减小衬底损耗,但是会给工艺增加难度.采用低k材料作为隔离层是改善电感性能的一种比较理想的方法.     

衬底结构特征对硅基螺旋电感性能的影响

使用三维电磁场模拟的方法对不同硅衬底结构螺旋电感进行了模拟和分析.通过改变衬底的电导率、隔离层的厚度以及隔离层的材料、衬底引入硅锗合金层等模拟,分析了电感性能的变化.结果表明随着电导率的减小,电感的性能会增强,但改善的幅度会逐渐减小.厚的SiO2隔离层有利于减小衬底损耗,但是会给工艺增加难度.采用低k材料作为隔离层是改善电感性能的一种比较理想的方法.     

RF螺旋电感参数的提取方法

射频集成电路（RFIC）中电感元件十分重要,其模型是RFIC模拟的关键．在确定电感的电路模型后,要进行正确的设计和优化,还必须知道模型中各元件的参数．文中首先给出了电感结构的嵌入式和非嵌入式电路模型,然后从已知的S参数通过三种途径提取了模型中集总元件参数,并对三种途径提取的元件参数进行了模拟,以便得到提取模型参数的最佳途径．     

Design, Optimization of RF Spiral Inductors Using Scalable Compact and Accurate Models

This paper presents a practical and structured approach to the design and optimization of RF spiral inductors. The accuracy of proposed modified accurate distributed and scalable compact lumped models are quantitatively compared with experimental results. Based on the new scalable compact lumped model, a quality factor optimization engine is verified. The inductors under study include single/double layer inductors, metallization shunted as well as octagonal shaped inductors. Experimental results suggest that the new modified accurate distributed model is more accurate than existing models for predicting spiral inductor performance to even beyond resonance frequencies. In addition, using a self developed optimization engine, the new scalable compact model is sufficiently accurate in determining the optimum inductor geometry. Consequently, a web-based program (SISOP) is developed to provide RF designers total solution to spiral inductor design, optimization and integration of spiral inductor model into their lump circuit simulators.     

一种基于物理模型与遗传算法的平面螺旋电感的优化技术

针对 CMOS RF平面螺旋电感的物理模型 ,提出了一种使用遗传算法优化电感设计参数的优化技术 .应用这种技术 ,人们无需再通过等 Q值线来求取 Q值最佳的电感设计方案 ,因为等 Q值线的计算代价很高 ,而且一旦工艺条件改变 ,所有的等 Q值线都要重新计算 ,效率很低 .而这里提出的优化技术在计算时并没有将所有的电感版图设计方案都计算一遍 ,因而计算效率大大提高 .计算结果与相应设计方案的测量参数比较 ,只有约 5 %的计算误差 .计算结果与相同条件下的等 Q值线的最佳设计方案比较 ,这种优化技术总能得出与之基本一致的最佳方案 .事实上 ,由于这种优化技术     

一个高电源抑制比的有源电感射频放大电路

提出了一种使用有源电感的电路实现方案,可用于宽带无线收发机射频放大电路的设计中.分析了有源电感的阻抗与各元件取值的关系,设计了中心频点调节电路和具有鲁棒性的偏置电路,保证工艺偏差和电源电压波动对有源电感的阻抗具有很弱的影响.在SMIC 0.18-μm工艺下进行了电路设计和流片验证,测试结果表明,使用有源电感的射频放大电路,可以得到期望的射频信号,其中心频点的调节范围为0.5～2 GHz, 能够抵御高达0.8 V的电源偏差.     

硅基RF平面螺旋电感的圈数对品质因子的影响

从硅衬底RF集成电路中平面螺旋电感的品质因子Q的表达式出发,采用ADS软件模拟计算了平面螺旋集成电感L值与品质因子Q值.通过两组电感Q值的对比,发现品质因子Q随着电感圈数的增加而减小.以电感值为3 2 8nH的设计为例,将电感圈数从2增加到6 ,计算得到的品质因子Q从4 3(@1 1GHz)降低到2 7(@1 4GHz) ,模拟计算结果与理论分析相吻合.该分析和结论将对硅衬底RF集成电路中片上电感的设计具有重要的指导意义     

铁氧体磁膜RF集成微电感等效电路分析

针对已制作并发表的一种新型铁氧体磁膜结构射频集成微电感进行了等效电路分析.阐述了磁性铁氧体薄膜对电感的感值(L)和品质因数(Q)的增强作用.对射频测试结果进行了电路元件参数提取.结果表明,与空气芯无磁膜微电感相比,磁膜结构微电感的L和Q在2GHz处分别提高了17%和40%.等效电路分析和测试结果均证明了铁氧体薄膜的引入对增强射频集成微电感性能的作用显著.     

Equivalent Circuit Analysis of an RF Integrated Inductor with Ferrite Thin-Film

针对已制作并发表的一种新型铁氧体磁膜结构射频集成微电感进行了等效电路分析.阐述了磁性铁氧体薄膜对电感的感值(L)和品质因数(Q)的增强作用.对射频测试结果进行了电路元件参数提取.结果表明,与空气芯无磁膜微电感相比,磁膜结构微电感的L和Q在2GHz处分别提高了17%和40%.等效电路分析和测试结果均证明了铁氧体薄膜的引入对增强射频集成微电感性能的作用显著.     

片上螺旋电感集总模型中衬底因子的分析与拟合

石英、高阻SOI、高阻硅等衬底上实现的电感具有比低电阻率衬底的电感更优的高频性能,因而研究基于不同衬底的电感性能,并在高频模型中进行精确的衬底因子表征就显得十分重要.综合考虑高频下的趋肤效应和邻近效应及衬底电磁损耗对电感性能的影响,实现了片上螺旋电感的集总元件模型,并通过与SOI、石英衬底的电感仿真参数及高阻硅衬底的电感测试参数进行了模型验证,结果表明,该模型拟合的S参数及Q值曲线能与仿真及测试结果吻合,同时模型中衬底因子的提取值与衬底性质相符合,因而该模型适用于片上电感的模拟与设计.     

一种硅衬底镂空结构的圆形射频微电感

利用MEMS工艺以及硅的湿法刻蚀工艺制作了一种硅衬底镂空结构的圆形射频微电感，并研究了硅衬底背面减薄对射频微电感性能的影响，结果表明：微电感硅衬底经过局部刻蚀减薄后其自谐振频率上升，电感量的频率稳定性提高，而其最大Q值下降。     

Layout Design and Optimization of RF Spiral Inductors on Silicon Substrate

使用三维电磁场模拟的方法对相同硅衬底结构下不同布图结构的螺旋电感进行了模拟和分析.通过改变电感匝数、电感金属的宽度和间隔以及电感的内径,模拟和分析了电感性能的变化.给出了引起电感性能变化的原因.结果表明优化电感的几何参数可以有效地改善电感性能.得出了一些实用的设计原则,可有效地指导射频集成电路中集成电感的设计.     

硅基螺旋电感的几何参数设计和优化

使用三维电磁场模拟的方法对相同硅衬底结构下不同布图结构的螺旋电感进行了模拟和分析.通过改变电感匝数、电感金属的宽度和间隔以及电感的内径,模拟和分析了电感性能的变化.给出了引起电感性能变化的原因.结果表明优化电感的几何参数可以有效地改善电感性能.得出了一些实用的设计原则,可有效地指导射频集成电路中集成电感的设计.     

新颖的常规硅工艺实现的侧向螺线型片上集成电感

提出了一种用常规硅工艺实现的片上集成电感的螺线型新结构．制造工艺使用标准双层金属布线的常规硅工艺．测量了螺线型集成电感的S参数，从测量数据计算了集成电感的参量．实验的侧向螺线型片上集成电感的Q值峰值为1.3，电感量为22nH．对用两层金属层实现的侧向螺线型片上集成电感和单层金属的常规平面螺旋电感的实验结果进行了比较，电感量和Q值与常规平面螺旋电感有可比性．     

新颖的常规硅工艺实现的侧向螺线型片上集成电感

提出了一种用常规硅工艺实现的片上集成电感的螺线型新结构．制造工艺使用标准双层金属布线的常规硅工艺．测量了螺线型集成电感的S参数，从测量数据计算了集成电感的参量．实验的侧向螺线型片上集成电感的Q值峰值为1.3，电感量为22nH．对用两层金属层实现的侧向螺线型片上集成电感和单层金属的常规平面螺旋电感的实验结果进行了比较，电感量和Q值与常规平面螺旋电感有可比性．