基于遗传算法的片上螺旋电感模型优化方法

给出了一种基于遗传算法的片上螺旋电感宽带电路模型优化方法。通过对螺旋电感Y参数变化规律的分析,首先给出一种能够工作在高频段的电路模型结构。对每个频段内电路模型的参数优化被认为是一个误差最小化的多目标优化问题,将具有全局搜索能力和鲁棒性能的遗传算法引入到该优化过程中。介绍了遗传算法的优化过程以及其中采用的子频带划分方法。优化结果表明,针对不同几何参数的螺旋电感,该优化方法都能得到误差在5%以内的宽频带电感模型。     

砷化镓衬底上螺旋电感的建模和分析

针对砷化镓(GaAs)衬底上螺旋电感提出了一种改进形式的集总参数等效电路模型,该等效电路模型能很好地表征螺旋电感的高频效应.同时,应用电磁场全波分析方法对螺旋电感进行仿真,并分析各参数对电感性能的影响.从得到的散射参数中提取出有效电感、Q值和自谐振频率.基于参数优化方法提取等效电路模型中各元件值,并利用曲线拟合技术给出其相应的闭合表达式.这些表达式可用于射频和微波集成电路的设计,从而提高电路设计的性能和效率.     

硅基片上螺旋电感宽带物理模型

针对高损耗硅衬底,基于部分元等效电路方法和麦克斯韦电磁场理论,计入了趋肤效应、邻近效应和衬底涡流损耗对螺旋电感串联电感Ls与串联电阻Rs频率特性的制约,并通过n等效电路结构模拟了寄生电容的分布特性,从而建立了一种新的片上螺旋电感物理模型。通过与全波分析方法对比,验证了在20GHz范围内由该模型导出的等效电感Leff,等效电阻Reff和Q值误差均在7%以内。该模型可望用于硅基射频集成电路中螺旋电感进一步的理论探讨和优化设计。     

硅衬底片上螺旋电感宽带2π等效电路模型

针对高损耗硅衬底,基于部分元等效电路方法和全耦合变压器模型,建立了一种新的片上螺旋电感物理模型.该模型考虑了趋肤效应、邻近效应和衬底涡流损耗对螺旋电感中串联电感和串联电阻频率特性的制约,并通过2π等效电路结构计入了电感中寄生电容的分布特性.通过与全波分析方法对比,验证了在15GHz范围内由该模型导出的等效电感、等效电阻和Q值误差均在8%以内.该模型可望用于硅基射频集成电路中电感的优化设计和进一步的理论探讨.     

硅衬底片上螺旋电感宽带2π等效电路模型

针对高损耗硅衬底,基于部分元等效电路方法和全耦合变压器模型,建立了一种新的片上螺旋电感物理模型.该模型考虑了趋肤效应、邻近效应和衬底涡流损耗对螺旋电感中串联电感和串联电阻频率特性的制约,并通过2π等效电路结构计入了电感中寄生电容的分布特性.通过与全波分析方法对比,验证了在15GHz范围内由该模型导出的等效电感、等效电阻和Q值误差均在8%以内.该模型可望用于硅基射频集成电路中电感的优化设计和进一步的理论探讨.     

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.     

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     

射频平面螺旋电感的性能分析与设计仿真

在建立集成电感的传输线模型基础上,给出了集成电感模型参数的提取方法,介绍了各寄生参数的含义,并给出了集成电感的寄生参数方程,同时给出了平面螺旋电感电感值的计算及其在电路中的应用方法.     

RF平面螺旋微电感的物理模型

为了在RF频率域内准确模拟RF平面螺旋微电感的性能，讨论了一种计算RF平面螺旋微电感的物理模型，此模型采用Greenhouse法计算微电感的电感量，在计算微电感Q值时，考虑了诸如涡流、衬底电阻及各种寄生电容等因素，寄生电容包括电感与终端引出层间的交叉电容，电感与衬底间的电容，衬底电容等。这种模型可以计算不同布局及参数的微电感，为微电感的设计及其性能的优化提供了一种很好的方法。     

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,由于这种优化技术的灵活性,"真正”的最佳设计方案只能由这种优化技术得出,而等Q值线只能得出"相对”最佳的设计方案.     

平面圆形螺旋电感器和变压器的计算机辅助设计

本文在准静态条件下,分析了应用于微波单片集成电路中的圆形螺旋电感器和变压器,举出了它们的等效电路.求得格林函数后利用矩量法求出了圆形微带线上的电流和电荷分布.导出了计算平面圆形螺旋电感器和变压器等电路中各元件数值的公式以及“S”参数表示式.编制了相应的程序.利用这些程序可以分析计算具有任意匝数(包括非整数)和各种几何参数的平面圆形螺旋电感器和变压器.平面圆形螺旋电感器的计算值与实验值比较,最大误差约为5%.     

A Simple Model Parameter Extraction Methodology for an On‐Chip Spiral Inductor

In this letter, a simple model parameter extraction methodology for an on‐chip spiral inductor is proposed based on a wide‐band inductor model that incorporates parallel inductance and resistance to model skin and proximity effects, and capacitance to model the decrease in series resistance above the frequency near the peak quality factor. The wide‐band inductor model does not require any frequency dependent elements, and model parameters can be extracted directly from the measured data with some curve fitting. The validity of the proposed model and parameter extraction methodology are verified with various size inductors fabricated using 0.18 µm CMOS technology.     

Variable inductance multilayer inductor with MOSFET switch control

A variable monolithic inductor having a stacked spiral inductor connected with MOSFET switches is proposed and fabricated in a 0.18 /spl mu/m, one-poly-six-metal (1P6M) standard CMOS process. By controlling a voltage of the MOSFET switch, the proposed three-stacked inductor demonstrates a continuously variable inductance of from 8 to 23 nH at 2.4 GHz, and due to its stacked structure, it takes less than 50% of the chip area compared with conventional single layer inductors. With its compact size and variable inductance feature, the proposed variable inductor is a prospective key component for the multiband RF circuits such as electrically controllable matching circuits and wide tuning range voltage controlled oscillators (VCOs).     

基于柔性衬底的平面螺旋电感的计算与仿真

提出了一种基于柔性衬底的平面螺旋电感,介绍了柔性衬底的优点,对比了平面电感的结构类型,给出了平面螺旋电感的自感、电容、串联电阻及互感的计算方法,并对方形平面电感进行了仿真.     

隔层不交叠多层电感分析与设计

提出了一种隔层不重叠的新型结构片上螺旋电感,其实现工艺与标准CMOS多层布线技术兼容.结合螺旋电感的集总模型,利用电磁场仿真软件HFSS进行了该器件的模拟仿真,与相同结构参数和工艺参数的传统不隔层交叠多层电感相比,提出的新型电感在品质因子、自谐振频率、3dB带宽等性能参数上明显改善,其中电感品质因子提高3.5％,带宽增...     

表面镀铜悬浮厚单晶硅螺线MEMS电感

报道了一种由悬浮在玻璃衬底上的表面镀铜平面单晶硅螺线构成的新型MEMS电感,可消除衬底损耗及减小电阻损耗.采用一种硅玻璃键合-深刻蚀成型释放工艺并结合无电镀技术制作该电感,形成厚约40μm的硅螺线,在硅螺线表面镀有高保形厚铜镀层,在铜镀层表面镀有起钝化保护作用的薄镍镀层.该电感的自谐振频率超过15GHz,在11.3GHz下,品质因子达到约40,电感值超过5nH.基于该电感的简化等效电路模型,采用一种特征函数法进行了参数提取,模拟结果与测量结果符合得很好.     

Simple accurate expressions for planar spiral inductances

We present several new simple and accurate expressions for the DC inductance of square, hexagonal, octagonal, and circular spiral inductors. We evaluate the accuracy of our expressions, as well as several previously published inductance expressions, in two ways: by comparison with three-dimensional field solver predictions and by comparison with our own measurements, and also previously published measurements. Our simple expression matches the field solver inductance values typically within around 3%, about an order of magnitude better than the previously published expressions, which have typical errors ground 20% (or more). Comparison with measured values gives similar results: our expressions (and, indeed, the field solver results) match within around 5%, compared to errors of around 20% for the previously published expressions. (We believe most of the additional errors in the comparison to published measured values is due to the variety of experimental conditions under which the inductance was measured.) Our simple expressions are accurate enough for design and optimization of inductors or of circuits incorporating inductors. Indeed, since inductor tolerance is typically on the order of several percent, “more accurate” expressions are not really needed in practice     

双层悬空结构射频微电感制作研究

利用MEMS工艺制作了一种双层悬空结构的圆形射频微电感,研究了双层结构微电感中微带线宽度对其性能的影响。研究表明,双层悬空结构的圆形射频微电感不仅具有较大的电感量,而且其Q值也较高;双层微电感的Q值随微带线宽度的增大而升高,而电感量则随微带线宽度的增大而降低。对于微带线宽度为60μm的双层微电感,在频率2～4GHz时,其电感量可达到5nH左右,Q值达到20。     

平面磁芯螺旋结构微电感的性能研究

采用MEMS技术(包括光刻、电镀、反应离子刻蚀和机械抛光等)研制了平面磁芯螺旋结构微电感,磁芯材料为铁基纳米晶带材。其中线圈匝数为18匝,线圈导体的宽度和间隙均为30μm,厚度为20μm;电感的尺寸为3mm×3mm。测试结果表明:在频率为1~10MHz时,电感量和品质因数分别为3.2~1.2μH和2.3~1.1;在1MHz下,电感量和品质因数分别为3.2μH和2.3,可应用于微型化DC/DC变换器。