本文介紹了無源元件仿真，測試，參數(shù)提取和建模全過程。現(xiàn)有兩種主流的片上無源元件的建模技場(EM)仿真和等效電路的物理模型。本文首先對電磁場仿真建模技術(shù)進(jìn)行了介紹，并分別用軟件(ansoft HFSS和ADS momentum)對無源元件進(jìn)行了定性研究。該方法是一種經(jīng)濟(jì)快捷的建但存在準(zhǔn)確性，縮放等方面的問題。第三章中描述了s參數(shù)測試和參數(shù)剝離，針對二端口和多端別給出了常用的參數(shù)剝離方法，并比較了各種方法的優(yōu)缺點。在得到的剝離后S參數(shù)值的基礎(chǔ)上，了等效電路模型技術(shù)，給出了一些常用的電感等效電路模型，如目前被廣泛應(yīng)用的單，r等效電路，雙萬等效電路等，同時提出了幾款原創(chuàng)性的模型，如N一7r等效電路和帶中央抽頭的對稱電感等效電路等。

 

等效電路建模技術(shù)基于晶圓在片測試的S參數(shù)測值，具有良好的精確性和廣泛的兼容性，被廣泛的采用。最后本文闡述了等效電路模型的一些參數(shù)提取方法，并著重討論了特征函數(shù)參數(shù)提取法。目前主流參數(shù)提取法是的迭代擬合法，需要大量迭代運算，既非常耗時，又由于其與輸入的初始值有強的關(guān)聯(lián)性，可能會產(chǎn)生潛在的收斂問題，如非最佳結(jié)果和非收斂解等。本論文提出的方法很好的避免了以上缺點，可以很好的應(yīng)用于不同模型，同時提取參數(shù)所得到的模型與測試結(jié)果實現(xiàn)了高精度的擬合。

 

本文中提出的模型和總結(jié)出的參數(shù)提取方法能夠提供給集成電路工程師以及電類研究領(lǐng)域研究者一定的幫助。

 

摘要．I

ABSTRACTl l

目錄．．1I I

第一章緒論1

1．1引言1

1．2無源器件在集成電路中的應(yīng)用．．1

1．2．1在低噪聲放大器中的應(yīng)用l

1．2．2在振蕩器中的應(yīng)用2

1．2．3混頻器中的應(yīng)用．．2

1．2．4功率放大器中的應(yīng)用．．2

1．3無源器件模型的研究和國內(nèi)外發(fā)展前景3

1．4論文的主要工作．．3

1．5論文結(jié)構(gòu)．．4

第二章無源器件的電磁場仿真．．5

2．1 TSMC射頻CMOS工藝．．5

2．2采用HFSS仿真TSMC 0．18 tun工藝CMOS螺旋電感．．7

2．2．1 HFSS仿真軟件設(shè)置．．7

2．2．2 CMOS螺旋電感的HFSS仿真8

2．3采用ADS Momentum仿真TSMC 0．18岬工藝CMOS變壓器．．9

2．3．1 ADS Momentum仿真軟件設(shè)置．．10

2．3．2 CMOS螺旋變壓器的ADS Momentum仿真和定性分析．．11

2．4本章小結(jié)．12

第三章器件測試與參數(shù)剝離．．．13

3．1電感的S參數(shù)測試和寄生參數(shù)剝離13

3．1．1二端口元件(電感)的S參數(shù)測試13

3．1．2二端口元件(電感)剝離方法．．15

3．2多端口元件(變壓器，巴倫)的S參數(shù)測試和寄生參數(shù)剝離．．22

3．2．1多端口元件(變壓器，巴倫)的S參數(shù)測試．．22

東南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文

3．2．2多端口元件(變壓器，巴倫)的剝離方法．22

3．3本章小結(jié)．25

第四章器件物理模型27

4．1無源元件(電感，變壓器)的主要技術(shù)指標(biāo)．27

4．1．1電感的主要技術(shù)指標(biāo)27

4．1．2變壓器的主要技術(shù)指標(biāo)．28

4．2主流的電感等效電路模型．．29

4．2．1單／r九參數(shù)等效電路模型．．29

4．2．2分布電容模型30

4．2．3考慮高階效應(yīng)的單石等效電路模型30

4．2．4同時考慮串聯(lián)高階效應(yīng)和襯底耦合電容的單萬等效電路模型．．31

4．2．5考慮襯底高頻效應(yīng)的單萬等效電路模型．．31

4．2．6雙萬等效電路模型．．32

4．2．7其他等效電路模型．．34

4．3本論文所提出的模型35

4．3．1電感N．／t"等效電路模型．35

4．3．2帶中央抽頭的對稱電感電路模型．．37

4．4本章小結(jié)．38

第五章特征函數(shù)參數(shù)提取法39

5．1傳統(tǒng)的參數(shù)提取方法40

5．2新型的特征函數(shù)參數(shù)提取法4l

5．2．1單7t"模型的參數(shù)提取41

5．2．2考慮襯底耦合和串聯(lián)支路高階效應(yīng)的單石模型的參數(shù)提取．44

5．2．3考慮襯底寄生電感的硅基傳輸線的片上電感模型的參數(shù)提取．．48

5．2．4雙7r模型的參數(shù)提取50

5．2．5 N-z等效電路模型的參數(shù)提取．．55

5．2．6帶中央抽頭的對稱電感等效電路模型的參數(shù)提取57

5．3本章小結(jié)．60

第六章總結(jié)與展望．．63

6．1論文回顧．63

6．2工作展望．63

6．3總結(jié)．．65