Верификация модели интегральной катушки индуктивности для СВЧ LC-фильтров в Si- и SiGe-системах на кристалле
Аннотация
В работе описывается модель проводника, которая может быть использована для построения катушек индуктивности различных конфигураций топологий в любых Si и SiGe технологических процессах. Для верификации модели произведены экспериментальные образцы тестовых катушек индуктивности в технологическом процессе SiGe БиКМОП 130 нм. Результаты испытаний микросхем показали, что характеристики опытных образцов находятся в диапазоне смоделированных значений с учетом технологического разброса. Предложенная модель имеет большую сходимость с характеристиками опытных образцов, чем 3D-моделирование топологии, при этом скорость моделирования эквивалентной схемы может на порядки превышать скорость 3D-моделирования. Точность модели обеспечивается учетом скин-эффекта и краевых эффектов в диэлектрике и в подложке. Использование эквивалентной схемы скин-эффекта позволяет производить симуляцию модели в Cadence Spectre Simulator, а также создавать модели СВЧ LC-фильтров.
Ключевые слова
Об авторе
В. В. Ерохин
ОмГТУ
Россия
Россия
Ерохин Виктор Валерьевич научный сотрудник НИИРП НИЛ «Системы на кристалле»
644050, Омск, просп. Мира, 11
Список литературы
1. Ruehli A. E., Antonini G., Jiang L. Skin-Effect Model for Round Wires in PEEC // Proc. International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe). Rome, Italy, 2012. P. 6.
2. Ren-Jia Chan, Jyh-Chyurn Guo. Analysis and Modeling of Skin and Proximity Effects for Millimeter-Wave Inductors Design in Nanoscale Si CMOS // Proc. 9th European Microwave Integrated Circuit Conference. Rome, Italy, 2014. P. 13–16.
3. Rotella F. M., Blaschke V., Howard D. A Broad-Band Scalable Lumped-Element Inductor Model Using Analytic Expressions to Incorporate Skin Effect, Substrate Loss, and Proximity Effect // Digest. International Electron Devices Meeting, San Francisco, CA, USA, 2002. P. 471–474.
4. Cao Yu, Groves R. A., Zamdmer N. D. Frequency-Independent Equivalent Circuit Model for On-chip Spiral Inductors // Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conference, Orlando, FL, USA, 2002. P. 217–220.
5. Kim S., Neikirk D. P. Compact Equivalent Circuit Model for the Skin Effect // Proc. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, San Francisco, CA, USA, 1996. P. 1815–1818.
6. Elsaadi M., Tayel M. B., Steenson D. P. An Empirical Formula of Fringing Field Capacitance for MEMS Tunable Capacitor Actuators // Proc. IEEE 1st International Maghreb Meeting of the Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (MI-STA), Tripoli, Libya, 2021. P. 674–678.
7. Ehud Yariv. Edge corrections for parallel-plate capacitors // European Journal of Applied Mathematics, Cambridge, England, 2020. P. 226–241.
8. Ting Chen, Jin He, Pengwei Chen, Xuanyu Chen, Hao Wang, Sheng Chang, Qijun Huang. Accurate Modeling of Three-Port Center-tapped Octagonal Inductors for SPDT Switch Design in 0.13-μm BiCMOS // Proc. IEEE International Conference on Ubiquitous Wireless Broadband (ICUWB), Nanjing, China, 2016. P. 4.
9. Wei Yi Lim, M. Annamalai Arasu, M. Kumarasamy Raja. Modeling of Two Port Center-tapped to ground and Three Port scalable symmetrical inductor // Proc. International Symposium on Integrated Circuits (ISIC), Singapore, 2014. P. 540–543.
10. Chen J., Liou J. J. Improved and Physics-Based Model for Symmetrical Spiral Inductors // IEEE Transactions on Electron Devices. 2006. V. 53, Is. 6. P. 1300–1309.
11. Goni A.,del Pino J., Gonzalez B., Hernandez A. An Analytical Model of Electric Substrate Losses for Planar Spiral Inductors on Silicon // IEEE Transactions on Electron Devices. 2007. V. 54, Is. 3. P. 546–553.
12. Jeyaraman S., Vanukuru V., Nair D. R., Chakravorty A. A Substrate Model for On-Chip Tapered Spiral Inductors with Forward and Reverse Excitations // IEEE Transactions on Electron Devices. 2019. V. 66, Is. 1. P. 4.
13. Jeyaraman S., Vanukuru V.,Nair D. R., Chakravorty A. Compact Modeling of Series Stacked Tapered Spiral Inductors // Proc. IEEE 19th Topical Meeting on Silicon Monolithic Integrated Circuits in RF Systems (SiRF), Orlando, FL, USA, 2019. P. 3.
14. Passos F., Fino M. H., and Moreno E. R. Fully Analytical Characterization of the Series Inductance of Tapered Integrated Inductors // International Journal of Electronics and Telecommunications, Poland, 2014. P. 73–77.
15. Fino M. H. Using an Integrated Inductor Model in Qucs // Proc. 21st International Conference Mixed Design of Integrated Circuits and Systems (MIXDES), Lublin, Poland, 2014. P. 66–69.
16. Zolog M., Pitica D., Pop O. Characterization of Spiral Planar Inductors Built on Printed Circuit Boards // Proc. 30th International Spring Seminar on Electronics Technology (ISSE), ClujNapoca, Romania, 2007. P. 308–313.
17. Koutsoyannopoulos Y. K., Papananos Y. Systematic Analysis and Modeling of Integrated Inductors and Transformers in RF IC Design // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing. 2000. V. 47, Is. 8. P. 699–713.
18. Chen J., Liou J. J. On-Chip Spiral Inductors for RF Applications: An Overview // Journal of Semiconductor Technology and Science. 2004. P. 149–167.
19. Shaltout A. H., Gregori S. Optimizing the Inductance Time-Constant Ratio of Polygonal Integrated Inductors // Proc. IEEE 61st International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Windsor, ON, Canada, 2018. P. 448–451.
20. Heng-Ming Hsu, Jen-Zien Chang, Hung-Chi Chien. Coupling Effect of On-Chip Inductor with Variable Metal Width // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2007. V. 17, Is. 7. P. 498–500.
Рецензия
Для цитирования:
Ерохин В.В. Верификация модели интегральной катушки индуктивности для СВЧ LC-фильтров в Si- и SiGe-системах на кристалле. Вестник СибГУТИ. 2022;(2):94-109. https://doi.org/10.55648/1998-6920-2022-16-2-94-109
For citation:
Erokhin V.V. Integrated Inductor Model Verification for Microwave LC-filters in Si and SiGe Systems on a Chip. The Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Informatics. 2022;(2):94-109. (In Russ.) https://doi.org/10.55648/1998-6920-2022-16-2-94-109
Просмотров: 47
Послать статью по эл. почте 