CN101840441A - 一种用于片上变压器的高频等效电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种用于片上变压器的高频等效电路结构。本发明的电路结构包括：三电感以表示高频电感的自感及互感感值，四电容以表示顶层金属到衬底的氧化层电容，五并联结构以模拟有损耗的衬底，三电阻以表示接触孔的接触电阻，四电容以表示是端口之间两层金属的电容耦合。本发明十分适用于电路设计的使用，可较易的建立片上变压器的模型，具有重要实用价值。

Description

一种用于片上变压器的高频等效电路结构
技术领域
本发明属集成电路技术领域，涉及一种用于片上变压器的高频变压器的等效电路结构。
背景技术
由于片上变压器在收发机等射频集成电路中的广泛应用，建立高精度，低复杂度的片上变压器模型显得越来越重要。现有技术公开了目前射频单端和双端电感的One-PI(∏形)模型已被普遍采用，但基于Two-PI的变压器高频等效模型，由于衬底的高损耗特性使得模型建立比较困难。寻找新的变压器的高频等效电路结构以引起有关研究者的关注。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于片上变压器的高频等效电路结构。根据本发明可以比较容易的建立电感模型。
本发明所述的电路结构包括：三电感以表示高频电感的自感及互感感值，四电容以表示顶层金属到衬底的氧化层电容，五并联结构以模拟有损耗的衬底，三电阻以表示接触孔的接触电阻，四电容以表示是端口之间两层金属的电容耦合。
具体而言，为了解决上述技术问题，本发明提出了一种用于片上电感的高频等效电路结构，包括：三电感(L1、L2、L3)，以表示高频电感的自感及互感感值；五电容(Cox1、Cox2、Cox3、Cox4、Cox5)，以表示顶层金属到衬底的氧化层电容；五并联结构，以模拟有损耗的衬底；三电阻(R11、R22、R33)以表示接触孔的接触电阻；四电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)以表示是端口之间两层金属的电容耦合。其中电感(L1)与所述电阻(R11)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；所述电感(L2)与所述电阻(R22)、电感(L3)、电阻(R33)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；电容(Cox1)与所述二并联结构、电容(Cox2)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；电容(Cox3)与所述二并联结构、电容(Cox4)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；电容(Cox5)与所述一并联结构顺序串联后与所述电感(L2、L3)耦接。
上述并联结构由电容(Csi1、Csi2、Csi3、Csi4、Csi5)和电阻(Rsi1、Rsi2、Rsi3、Rsi4、Rsi5)分别并联组成。
本发明根据工艺参数和版图参数计算等效电感物理模型的元件参数值的方法以及元件值得计算方法使得变压器模型做到可扩展性并且能满足类Spice仿真器的时域仿真要求，十分适合电路设计的使用，可较易的建立片上变压器的模型，具有重要实用价值。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。
附图说明
图1是本发明一个具体实施例中片上变压器的等效电路模型，
其中，L1、L2、L3为三电感；
Cox1、Cox2、Cox3、Cox4、Cox为五电容；
R11、R22、R33为三电阻；
Cs1、Cs2、Cs3、Cs4为四电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
首先本发明采用了如下原理：，本发明提出了Two-PI等效电路各元件参数的计算方法，通过计算得出的元件参数具有较强的物理意义以及能使模型有较好的可扩展性。
如图1所示，在如图1所示变压器的等效电路结构中，L表示表示高频电感的自感及互感感值，Cox表示顶层金属到衬底的氧化层电容，R11、R22、R33表示接触孔的接触电阻，Cs表示是端口之间两层金属的电容耦合，Rsi与Csi并联模拟有损耗的衬底。
另外，通过测量各种圈数，外径，线宽，间距的变压器S和Y参数，模型和实际测试值即使在17GHz频率下也能较好符合品质因数，插入损耗，输入阻抗，输出阻抗，自感和互感等参数，模型计算值与实际仿真较符合。
本发明提出的片上变压器的仅由RLC元件构成的等效电路模型，并且给出了相应元件参数的计算方法，适用于时域和频域仿真，完全满足类SPICE仿真要求。

Claims (3)

1.一种用于片上变压器的高频等效电路结构，其特征在于，包括：
三电感(L1、L2、L3)，五电容(Cox1、Cox2、Cox3、Cox4、Cox5)，五并联结构，三电阻(R11、R22、R33)和四电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)；
其中所述电感(L1)与所述电阻(R11)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；
所述电感(L2)与所述电阻(R22)、电感(L3)、电阻(R33)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；
所述电容(Cox1)与所述二并联结构、电容(Cox2)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；
所述电容(Cox3)与所述二并联结构、电容(Cox4)顺序串联后与所述电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)耦接；
所述电容(Cox5)与所述一并联结构顺序串联后与所述电感(L2、L3)耦接。
2.根据权利要求1所述的用于片上变压器的高频等效电路结构，其特征在于，所述三电感(L1、L2、L3)表示高频电感的自感及互感感值；
五电容(Cox1、Cox2、Cox3、Cox4、Cox5)表示顶层金属到衬底的氧化层电容；
五并联结构，表示模拟有损耗的衬底；
三电阻(R11、R22、R33)表示接触孔的接触电阻；
四电容(Cs1、Cs2、Cs3、Cs4)表示是端口之间两层金属的电容耦合。
3.根据权利要求1所述的用于片上变压器的高频等效电路结构，其特征在于，所述并联结构由电容(Csi1、Csi2、Csi3、Csi4、Csi5)和电阻(Rsi1、Rsi2、Rsi3、Rsi4、Rsi5)分别并联组成。
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