[发明专利]一种集总参数射频电感模型及其优化设计方法

权利要求书

1.一种集总参数射频电感模型，由串联电感(1)、串联导体等效电阻(2)、引出电容(3)、氧化物层电容(4)、衬底电容(5)及衬底电阻(6)构成，其特征在于，串联电感(1)一端接串联导体等效电阻(2)，另一端为输出负极；串联导体等效电阻(2)另一端为输出正极；引出电容(3)一端接输出正极另一端接输出负极；氧化物层电容(4)一端接输出正极另一端接衬底电容(5)和衬底电阻(6)；衬底电容和衬底电阻另一端接输出负极；

所述串联电感(1)为片上电感的电感值，采用带校正因子的公式对其进行计算获取：

其中b＝(n-1)(w+s)+w,d_m＝d_in+b,K为校正因子，n为线圈的圈数，w为金属导体的宽度，S为线圈之间的间距，d_in金属导体的内径，t金属导体的厚度；

所述串联导体等效电阻2由金属导体的趋肤效应形成，其值的计算公式如下：

其中w为金属导体的宽度，ρ为金属的电阻率，δ为金属的导体的趋肤厚度，t为金属导体的厚度，f为电感的工作频率；当δ大于t时，其取值为t。

2.根据权利要求1所述的集总参数射频电感模型，其特征在于，所述引出电容3由下层终端引出结点与上层金属之间的电势差形成，其计算公式如下：

其中ε_ox和t_。xM1-M2分别为电感层和终端引出层间介质的介电常数、厚度。

3.根据权利要求1所述的集总参数射频电感模型，其特征在于，所述氧化物层电容电感层与衬底层之间电容由于绝缘介质的存在而形成的,其计算公式如下：

其中l和t_ox分别为电感的长度、电感层与衬底层间绝缘介质的厚度。

4.根据权利要求1所述的集总参数射频电感模型，其特征在于，所述衬底电容及衬底电阻由衬底的寄生参量构成，模拟了衬底的损耗，其计算公式如下：

C_si＝1/2·l·w·C_sub

其中Csub、Gsub是硅衬底的单位电容、电导，它们的值由测量数据获得。

5.一种集总参数射频电感模型优化设计方法，采用权利要求1所述的电感模型确定优化电感结构，包含如下的设计步骤：

A.设置优化目标函数:电感的优化目标函数是电感值L和品质因数Q；

L＝Im[Z₁₁]/ω,Q＝Im[Z₁₁]/Re[Z₁₁]

阻抗Z11可以从物理电路模型获得；如果应用电路设计软件如ADS，则Z11可以简单地从S11获得：

B.在上物理电路模型中，由测量数据或其他方法获取硅衬底的单位电容Csub和单位电导Gsub；取校正因子的初始值，根据优化目标函数得到初始优化电感结构；

C.用格林豪斯算法获得准确的电感值，最后与模型值比较，得到实际校正因子的值；

D.利用上一步得到的校正因子的值进行优化，确定最终几何结构尺寸。

6.根据权利要求5所述的集总参数射频电感模型优化设计方法，其特征在于，所述校正因子的初始值取0.8。