專利名稱：一種用于集成電路中電感模型的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可有效分析評(píng)價(jià)電感模型的擬合能力的 方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)具有低成本、低功耗以及高集成度的無 線通信系統(tǒng)的需求不斷增加，射頻集成電路成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著工藝的進(jìn)步， CMOS工藝晶體管的截止頻率變得越來越高，同時(shí)由于其低成本、低功耗以及易于數(shù)字基帶 部分集成等優(yōu)點(diǎn)，使其在射頻集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。與數(shù)字和模擬電路不同，射頻 電路中通常有較多的無源器件，廣泛應(yīng)用于壓控振蕩器(VCO)、低噪聲放大器(LNA)、功率 放大器(PA)以及混頻器(Mixer)等射頻前端電路中，其性能直接決定了這些電路的性能， 而無源器件通常占用較大的芯片面積，因此建立一套高精度的電感模型和模型庫(kù)對(duì)提高射 頻前端電路的性能和降低芯片研發(fā)成本都起到了非常重要的作用。電感模型的類型有多種，如數(shù)值模型，等效電路模型以及行為模型等?；陔姶艌?chǎng) 仿真的數(shù)值模型通常較為耗時(shí)，一般用于電感的設(shè)計(jì)?；陔姼械奈锢頇C(jī)理的等效電路模 型，具有較好的預(yù)測(cè)性，便于形成隨器件尺寸縮放的模型，從而建立模型庫(kù)，而且等效電路 模型還方便的集成到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件中，用于電路設(shè)計(jì)。行為模型只是關(guān)心系統(tǒng)的輸 入輸出行為，而不表征系統(tǒng)內(nèi)部的物理機(jī)理，沒有預(yù)測(cè)性，但可以在整個(gè)測(cè)量的頻帶內(nèi)保證 較高的精度。在集成電路工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的是等效電路模型。等效電路模型通常采用三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1-π，2-π和T型。這三種結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)中 都有體現(xiàn)，但僅限于對(duì)一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模型構(gòu)建和參數(shù)提取方法的研究和應(yīng)用，而對(duì)各種 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)和擬合能力的分析對(duì)比還未見于報(bào)道。如果能夠提出一種考察各拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)性能的方法，就能針對(duì)工程實(shí)際所需，采用最為合適的模型，既保證足夠的精度，又能最 大程度降低模型參數(shù)提取、優(yōu)化的工作量以及模型用于實(shí)際電路設(shè)計(jì)時(shí)的仿真時(shí)間，從而 大大提高集成電路工業(yè)中電感建模工作的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)集成電路中電感等效電路模型的多樣性，采 用統(tǒng)一的分析方法，分析得出各個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)和擬合能力，從而能夠能針對(duì)工程實(shí)際所 需，采用最為合適的模型，提高集成電路工業(yè)中電感建模工作的效率。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下(1)獲取待建模的電感的小信號(hào)散射參數(shù)；(2)通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù)提取各個(gè)待分析的電感等效電路模型的 模型參數(shù)；(3)計(jì)算各個(gè)待分析的電感等效電路模型的導(dǎo)納矩陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)；(4)通過已經(jīng)計(jì)算得到的導(dǎo)納矩陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)計(jì)算得到電感等效電路模
3型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式；(5)通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù)計(jì)算得出電感的傳遞函數(shù)的解析表達(dá) 式；(6)通過對(duì)比分析電感與電感等效電路模型的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)選擇相應(yīng)的電感模 型進(jìn)行建模。在計(jì)算各個(gè)需要分析的集成電路中電感的等效電路模型中可以對(duì)等效電路模型 進(jìn)行模塊劃分，使得整個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣參數(shù)為上下兩個(gè)并聯(lián)子電路網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣 參數(shù)之和。根據(jù)求得的傳遞函數(shù)整理成極點(diǎn)_留數(shù)形式，引入貢獻(xiàn)因數(shù)對(duì)極點(diǎn)進(jìn)行量化評(píng) 價(jià)，貢獻(xiàn)因數(shù)為取極點(diǎn)實(shí)部的倒數(shù)然后乘以該極點(diǎn)對(duì)應(yīng)的留數(shù)并取絕對(duì)值。作為可選的技術(shù)方案，所分析的集成電路中電感的等效電路模型為2-π型結(jié)構(gòu) 等效電路模型。作為可選的技術(shù)方案，所分析的集成電路中電感的等效電路模型在頻率精度要求 低于5GHz時(shí)可以采用l-π或者T型結(jié)構(gòu)等效電路模型。作為可選的技術(shù)方案，可以通過復(fù)頻域上的傳遞函數(shù)幅度三維曲面圖對(duì)電感等效 電路模型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式的零極點(diǎn)進(jìn)行分析。作為可選的技術(shù)方案，采用向量擬合的方法計(jì)算得到集成電路中的電感的等效電 路模型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以清晰的分析出各種模型的優(yōu)缺點(diǎn)以及擬合能力(或頻率 精度)，為集成電路工業(yè)中電感建模建庫(kù)工作提供指導(dǎo)和依據(jù)。從而可根據(jù)實(shí)際工程要求 (頻率精度，仿真時(shí)間等)，選擇合適的等效電路模型，促進(jìn)工作效率的提高。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
的流程圖；圖2為l-π模型經(jīng)過模塊劃分并等效為上下兩個(gè)并聯(lián)子電路網(wǎng)絡(luò)框圖；圖3為計(jì)算1- π模型子電路網(wǎng)絡(luò)2的拉和^框圖；圖4為2- π模型經(jīng)過模塊劃分并等效為上下兩個(gè)并聯(lián)子電路網(wǎng)絡(luò)框圖；圖5為計(jì)算2- π模型子電路網(wǎng)絡(luò)2的拉和拉框圖；圖6為T模型經(jīng)過模塊劃分并等效為上下兩個(gè)并聯(lián)子電路網(wǎng)絡(luò)框圖；圖7為計(jì)算T模型子電路網(wǎng)絡(luò)2的拉和4框圖；圖8為利用向量擬合法對(duì)R = 90 μ m，N = 6. 5的電感的傳遞函數(shù)測(cè)量值的擬合情 況圖；圖9為復(fù)頻域上的傳遞函數(shù)幅度三維曲面圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種用于集成電路中電感模型的分析方法的具體 實(shí)施方式做詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟包括S10獲取待建模的電感的小信號(hào)散射參 數(shù)；Sll通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù)提取各個(gè)待分析的集成電路中電感的等效電路模型的模型參數(shù)，本發(fā)明以集成電路電感模型中常見的1-π，2_π和T型結(jié)構(gòu)等效電路 模型為示例進(jìn)行分析；S12計(jì)算各個(gè)待分析的集成電路中電感的等效電路模型中的導(dǎo)納矩 陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)；S13通過已經(jīng)計(jì)算得到的導(dǎo)納矩陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)計(jì)算得到 集成電路中的電感的等效電路模型的傳遞函數(shù)；S14通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù) 計(jì)算得出集成電路中的電感的等效電路模型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式；S15根據(jù)分析得到 的電感等效電路模型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式的零極點(diǎn)選擇相應(yīng)的電感模型進(jìn)行建模。其中計(jì)算的電網(wǎng)絡(luò)參數(shù)包括導(dǎo)納矩陣參數(shù)(Y參數(shù))和阻抗矩陣參數(shù)(Ζ參數(shù))，提 取用于建模的電感的小信號(hào)散射參數(shù)(S參數(shù))步驟SlO中這里采用了 18個(gè)螺旋電感的測(cè)量小信號(hào)S參數(shù)來進(jìn)行模型參數(shù)提取， 其中S參數(shù)的頻率范圍為50MHz到40GHz之間。這18個(gè)螺旋電感的尺寸參數(shù)如表1所示， 表中R為螺旋電感內(nèi)半徑，W為金屬線寬，S為金屬線間距，N為圈數(shù)。表 1
( /im) W {um) 5 (JWm)N
30102 1.5，2.5，3.5，4.5，5.5，6.權(quán)利要求
1.一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1)獲取待建模的電感的小信號(hào)散射參數(shù)；步驟( 通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù)提取各個(gè)待分析的電感等效電路模型 的模型參數(shù)；步驟( 計(jì)算各個(gè)待分析的電感等效電路模型的導(dǎo)納矩陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)；步驟(4)通過已經(jīng)計(jì)算得到的導(dǎo)納矩陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)計(jì)算得到電感等效電路 模型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式；步驟(5)通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù)計(jì)算得出電感的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式；步驟(6)通過對(duì)比分析電感與電感等效電路模型的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)，選擇相應(yīng)的電感 模型進(jìn)行建模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于步 驟(3)中將待分析的集成電路中電感的等效電路模型進(jìn)行模塊劃分，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納 矩陣參數(shù)為上下兩個(gè)并聯(lián)子網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣參數(shù)之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于將 步驟(5)中求得的傳遞函數(shù)解析表達(dá)式整理成極點(diǎn)-留數(shù)形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于引 入貢獻(xiàn)因數(shù)對(duì)極點(diǎn)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，貢獻(xiàn)因數(shù)為取極點(diǎn)實(shí)部的倒數(shù)然后乘以該極點(diǎn)對(duì)應(yīng)的留 數(shù)并取絕對(duì)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于步 驟(3)中所分析的集成電路中電感的等效電路模型為2-π型結(jié)構(gòu)等效電路模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于在 頻率精度低于5GHz時(shí)，步驟(3)中所分析的集成電路中電感的等效電路模型采用l-π或 者T型結(jié)構(gòu)等效電路模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于步 驟(5)中采用向量擬合的方法計(jì)算得到集成電路中的電感的等效電路模型的傳遞函數(shù)的 解析表達(dá)式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于集成電路中電感模型的分析方法，其特征在于步 驟(6)的對(duì)比分析是通過復(fù)頻域上的傳遞函數(shù)幅度三維曲面對(duì)電感等效電路模型的傳遞 函數(shù)的解析表達(dá)式的零極點(diǎn)進(jìn)行分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于集成電路中電感模型的分析方法。本發(fā)明首先獲取待建模的電感的小信號(hào)散射參數(shù)，根據(jù)小信號(hào)散射參數(shù)提取各個(gè)待分析的電感等效電路模型的模型參數(shù)；其次計(jì)算各個(gè)待分析的電感等效電路模型的導(dǎo)納矩陣參數(shù)和阻抗矩陣參數(shù)，得到電感等效電路模型的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式；然后通過已獲取的電感的小信號(hào)散射參數(shù)計(jì)算得出電感的傳遞函數(shù)的解析表達(dá)式；最后通過對(duì)比分析電感與電感等效電路模型的傳遞函數(shù)的極點(diǎn)選擇相應(yīng)的電感模型進(jìn)行建模。本發(fā)明可以清晰的分析出各種模型的優(yōu)缺點(diǎn)以及擬合能力，為集成電路工業(yè)中電感建模建庫(kù)工作提供指導(dǎo)和依據(jù)，從而可根據(jù)實(shí)際工程要求，選擇合適的等效電路模型，促進(jìn)工作效率的提高。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102073757SQ20101060603
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉軍, 孫玲玲, 文進(jìn)才, 王皇 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)