一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法技术

一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法，包括以下步骤：S1、根据待制作的微波集成电路产品的电路原理图，确定电路中的电感器或变压器的电感值；S2、根据所使用的传输线的特征阻抗，计算与电感值等效的传输线长度；S3、以经步骤S2得出等效长度的传输线代替电路中的电感器或变压器来确定产品的版图，其中通过电路仿真来调整版图中的传输线的形状排布和等效长度，以使所述传输线等效的电感值及电路走线符合预定的性能指标。相比采用常规的螺旋电感，本发明专利技术在电路版图中采用传输线电感有更大的灵活性，可以有效减小版图中互连线的长度，使得互连线引入的寄生效应减少。

A Method of Implementing Inductance and Transformer on Microwave Integrated Circuit Chip with Transmission Line

【技术实现步骤摘要】
一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法
本专利技术涉及集成电子线路，特别是一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法。
技术介绍
目前基于微波毫米波频段(比如24.5GHz-27.5GHz)CMOS工艺的低噪声放大器的设计中，片上电感多采用平面螺旋电感，螺旋电感的面积比有源器件大很多，若电路中所用到的电感为多个时，为了减小耦合，电感与电感之间需要间隔一定的距离，并常在电感外加一圈保护环(如图1所示)。电感的面积与减少耦合的需要限制了版图布局的灵活性，也是芯片面积的主要决定因素。一种24GHz低噪声放大器的版图布局方式如图2所示(参考文献：B.Liu，GenhuaChenandYingChen，"A24-GHzsingle-to-differentialLNAforK-bandreceiverapplications，"2016IEEEInternationalConferenceonMicrowaveandMillimeterWaveTechnology(ICMMT)，Beijing，2016，pp.511-513.)，该设计采用了五个方形电感，为了减小互感对电路的影响，电感与周围其他连线均相隔一定的距离。电感的位置确定后，部分连线需要绕过电感相接，造成了互连线过长，会引入寄生电感、电阻，影响电路的性能。低噪声放大器的原理图为图3所示，需要用到9个电感，采用八角形的螺旋电感画出的版图如图4所示，版图的面积约为980μm*450μm，版图中电源线与接地互连线的长度大于700μm，且难以调整。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法，包括以下步骤：S1、根据待制作的微波集成电路产品的电路原理图，确定电路中的电感器或变压器的电感值；S2、根据所使用的传输线的特征阻抗，计算与电感值等效的传输线长度；S3、以经步骤S2得出等效长度的传输线代替电路中的电感器或变压器来确定产品的版图，其中通过电路仿真来调整版图中的传输线的形状排布和等效长度，以使所述传输线等效的电感值及电路走线符合预定的性能指标。进一步地：步骤S2中，根据下式计算与所述电感值等效的传输线长度：其中l为传输线的长度，L为电感值，Z0为传输线的特征阻抗，∈r为介质的相对介电常数。所述微波集成电路为工作频率在24-28GHz、采用65nm工艺的集成电路。步骤S3中，不必将传输线移动到可以忽略互感的安全距离，而是允许传输线电感之间的距离产生耦合，在仿真过程中，基于传输线之间的耦合关系，根据耦合的影响来优化耦合后传输线的电感值与等效长度，据此调整传输线在版图中的形状排布和等效长度，使耦合后的电感值等效于步骤S1中确定的电感值并使电路符合预定的性能指标。步骤S3中，传输线电感之间的耦合通过仿真得到阻抗矩阵参数，得到电感间的耦合系数，再计算出考虑耦合后的电感值。步骤S3中，进行如下电路仿真优化迭代，包括：先仿真针对第一电感器的第一传输线的电感模型，导入到电路原理图中，而其他电感器采用常规电感器，优化第一传输线的形状排布；仿真针对第一、二电感器的第一、二传输线的电感模型，导入到电路原理图中，其他电感采用常规电感器，优化第一、二传输线的形状排布及间距；仿真针对第一、二、三电感器的第一、二、三传输线的电感模型，导入到电路原理图中，其他电感采用常规电感器，优化第一、二、三传输线的形状排布及间距；以此类推，优化迭代最终得到符合性能指标的版图。在优化传输线的形状排布及间距的过程中，考虑形状排布对VDD与GND连线长度的影响。步骤S3中，允许代替电感器或变压器的传输线之间的距离在40μm内。还包括以下步骤：S4、根据步骤S3确定的符合性能指标的版图，制作所述微波集成电路产品。本专利技术具有如下有益效果：相比采用常规的螺旋电感，本专利技术在电路版图中采用传输线电感有更大的灵活性，可以有效减小版图中互连线的长度，使得互连线引入的寄生效应减少。进一步地，本专利技术的方法不必将传输线移动到可以忽略互感的安全距离，而是允许传输线电感之间的距离产生耦合，利用变压器的原理，电感与电感不再需要保护环与间隔较远的距离，利用电感间的互感来调整版图中电感的长度，简化了结构，减小了版图的面积，由此也减小了芯片面积。附图说明图1为平面螺旋电感排布示意图；图2为一种24GHz低噪声放大器的版图布局图；图3为一种低噪声放大器的电路原理图；图4为采用常规的八角形的螺旋电感来实现图3所示电路的版图；图5为本专利技术实施例中用传输线代替常规电感器或变压器的示意图；图6为本专利技术实施例中通过优化迭代得到版图的示意图；图7和图8为根据本专利技术实施例的方法所得到的版图实例；图9为二端口微波网络。具体实施方式以下对本专利技术的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。在一种实施例中，一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法，包括以下步骤：S1、根据待制作的微波集成电路产品的电路原理图，确定电路中的电感器或变压器的电感值；S2、根据所使用的传输线的特征阻抗，计算与电感值等效的传输线长度；S3、以经步骤S2得出等效长度的传输线代替电路中的电感器或变压器来确定产品的版图，其中通过电路仿真来调整版图中的传输线的形状排布和等效长度，以使所述传输线等效的电感值及电路走线符合预定的性能指标。在优选的实施例中，步骤S2中，根据下式计算与所述电感值等效的传输线长度：其中l为传输线的长度，L为电感值，Z0为传输线的特征阻抗，∈r为介质的相对介电常数。在优选的实施例中，针对所述微波集成电路为工作频率在24-28GHz、采用TSMC65nm工艺的集成电路，采用上式来计算与所述电感值等效的传输线长度。在优选的实施例中，步骤S3中，不必将传输线移动到可以忽略互感的安全距离，而是允许传输线电感之间的距离产生耦合，在仿真过程中，基于传输线之间的耦合关系，根据耦合的影响来优化耦合后传输线的电感值与等效长度，据此调整传输线在版图中的形状排布和等效长度，使耦合后的电感值等效于步骤S1中确定的电感值并使电路符合预定的性能指标。在更优选的实施例中，步骤S3中，传输线电感之间的耦合通过仿真得到阻抗矩阵参数，得到电感间的耦合系数，再计算出考虑耦合后的电感值。在更优选的实施例中，步骤S3中，进行如下电路仿真优化迭代，包括：先仿真针对第一电感器的第一传输线的电感模型，导入到电路原理图中，而其他电感器采用常规电感器，优化第一传输线的形状排布；仿真针对第一、二电感器的第一、二传输线的电感模型，导入到电路原理图中，其他电感采用常规电感器，优化第一、二传输线的形状排布及间距；仿真针对第一、二、三电感器的第一、二、三传输线的电感模型，导入到电路原理图中，其他电感采用常规电感器，优化第一、二、三传输线的形状排布及间距；以此类推，优化迭代最终得到符合性能指标的版图。在优选的实施例中，在优化传输线的形状排布及间距的过程中，考虑形状排布对VDD与GND连线长度的影响。在优选的实施例中，步骤S3中，允许代替电感器或变压器的传输线之间的距离在40μm内。在优选的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据待制作的微波集成电路产品的电路原理图，确定电路中的电感器或变压器的电感值；S2、根据所使用的传输线的特征阻抗，计算与电感值等效的传输线长度；S3、以经步骤S2得出等效长度的传输线代替电路中的电感器或变压器来确定产品的版图，其中通过电路仿真来调整版图中的传输线的形状排布和等效长度，以使所述传输线等效的电感值及电路走线符合预定的性能指标。

【技术特征摘要】
1.一种用传输线实现微波集成电路片上电感与变压器的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据待制作的微波集成电路产品的电路原理图，确定电路中的电感器或变压器的电感值；S2、根据所使用的传输线的特征阻抗，计算与电感值等效的传输线长度；S3、以经步骤S2得出等效长度的传输线代替电路中的电感器或变压器来确定产品的版图，其中通过电路仿真来调整版图中的传输线的形状排布和等效长度，以使所述传输线等效的电感值及电路走线符合预定的性能指标。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，根据下式计算与所述电感值等效的传输线长度：其中l为传输线的长度，L为电感值，Z0为传输线的特征阻抗，∈r为介质的相对介电常数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微波集成电路为工作频率在24-28GHz、使用65nm工艺的集成电路。4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，步骤S3中，允许传输线电感之间的距离产生耦合，在仿真过程中，基于传输线之间的耦合关系，根据耦合的影响来优化耦合后传输线的电感值与等效长度，据此调整传输线在版图中的形状排布和等效长度，使耦合后的电感值等效于步骤S1中确定的电感值并使电路符合预定的性能指标。5.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海刚，李娆，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44