本文介紹了無源元件仿真，測試，參數提取和建模全過程。現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進行了介紹，并分別用軟件(ansoft HFSS和ADS momentum)對無源元件進行了定性研究。該方法是一種經濟快捷的建但存在準確性，縮放等方面的問題。第三章中描述了s參數測試和參數剝離，針對二端口和多端別給出了常用的參數剝離方法，并比較了各種方法的優缺點。在得到的剝離后S參數值的基礎上，了等效電路模型技術，給出了一些常用的電感等效電路模型，如目前被廣泛應用的單，r等效電路，雙萬等效電路等，同時提出了幾款原創性的模型，如N一7r等效電路和帶中央抽頭的對稱電感等效電路等。

 

等效電路建模技術基于晶圓在片測試的S參數測值，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提取方法，并著重討論了特征函數參數提取法。目前主流參數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聯性，可能會產生潛在的收斂問題，如非最佳結果和非收斂解等。本論文提出的方法很好的避免了以上缺點，可以很好的應用于不同模型，同時提取參數所得到的模型與測試結果實現了高精度的擬合。

 

本文中提出的模型和總結出的參數提取方法能夠提供給集成電路工程師以及電類研究領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用．．1

1．2．1在低噪聲放大器中的應用l

1．2．2在振蕩器中的應用2

1．2．3混頻器中的應用．．2

1．2．4功率放大器中的應用．．2

1．3無源器件模型的研究和國內外發展前景3

1．4論文的主要工作．．3

1．5論文結構．．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．12

第三章器件測試與參數剝離．．．13

3．1電感的S參數測試和寄生參數剝離13

3．1．1二端口元件(電感)的S參數測試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參數測試和寄生參數剝離．．22

3．2．1多端口元件(變壓器，巴倫)的S參數測試．．22

東南大學工程碩士學位論文

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．25

第四章器件物理模型27

4．1無源元件(電感，變壓器)的主要技術指標．27

4．1．1電感的主要技術指標27

4．1．2變壓器的主要技術指標．28

4．2主流的電感等效電路模型．．29

4．2．1單／r九參數等效電路模型．．29

4．2．2分布電容模型30

4．2．3考慮高階效應的單石等效電路模型30

4．2．4同時考慮串聯高階效應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．38

第五章特征函數參數提取法39

5．1傳統的參數提取方法40

5．2新型的特征函數參數提取法4l

5．2．1單7t"模型的參數提取41

5．2．2考慮襯底耦合和串聯支路高階效應的單石模型的參數提取．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提取．．48

5．2．4雙7r模型的參數提取50

5．2．5 N-z等效電路模型的參數提取．．55

5．2．6帶中央抽頭的對稱電感等效電路模型的參數提取57

5．3本章小結．60

第六章總結與展望．．63

6．1論文回顧．63

6．2工作展望．63

6．3總結．．65