本发明专利技术是关于硅基在片螺旋电感等效电路单∏对称模型参数的提取的一种新型解析方法。这种方法是针对硅ＣＭＯＳ超大规模集成电路芯片技术中，特别是射频集成电路广泛应用的在片螺旋电感器件，在测试的Ｓ－参数的基础上进行模型参数的提取。本方法通过对一系列反映了电感器件最重要特性的特征函数的分析，发现这些特征函数呈现一定的线性规律。从线性系数中，可直接求出等效电路模型的参数值。本方法解决了目前国际上利用传统的迭代和拟合方法提取参数所无法避免的多值性和非最佳解等问题。利用本方法所提取的参数进行电感仿真，可以实现同测试结果高精度的符合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提取硅基集成电路在片元器件等效电路单∏对称模型参数的方法，特别是在片螺旋电感的等效电路模型参数的提取方法。
技术介绍
目前国际上成熟的硅基在片电感模型参数的计算和提取方法中，包括物理模型计算法和在测试数据基础上的参数提取法。求解电感模型参数的一种方法是物理模型法，请参照Jenei S，et.al，“Physics-basedclosed-form inductance expression for compact modeling of integrated spiral inductors，”IEEE JSolid-State Circuits，vol.37(1)，pp.77-80，Jan.2002。对于利用物理模型计算参数值的方法，因为各种工艺过程的复杂性，以及各种寄生的物理效应一般很难用简单的物理公式来表达，物理模型的精确度一般存在不足。为了提高模型的精确度，需要对各种高阶的寄生效应做详细的分析和计算，公式繁琐冗长。同时也常常需要选取一些拟合参数来实现同测试结果的拟合，从而失去严格的纯物理模型的意义。所以，国际上各大集成电路芯片加工生产线的电感模型，几乎全部是采用从测量的结果(如S-参数)来提取等效电路的元件参数。传统的在测试S-参数基础上的模型参数提取方法主要是曲线拟合，请参照王涛等，“一种基于二分搜索法的平面螺旋电感的快速优化技术，”半导体学报，vol.24(9)，pp.999-1004，Sep.2003，即对各参数输入一定的初始值，利用电感仿真软件来进行仿真，比较仿真和测试结果，通过逐步迭代，调整参数值以达到电感的性能曲线(如电感值L，品质因子Q，以及S-参数等)同测试结果实现最佳的吻合。但这种途径存在参数非唯一性，以及经常存在不收敛性等问题。虽然最近开发的遗传算法以及指数下降搜索法，请参照″Passive circuit model parameterextraction using genetic algorithms″，Yun，I.；May，G.S.，Electronic Components and TechnologyConference，1999.1999 Proceedings.49th，1-4 June 1999，Pages1021-1024，以及″Sparameter-based experimental modeling of high Q MCM inductor with exponential gradientlearning algorithm″Zhao，Jinsong，R.C.Frye，W.W.-M.Dai，and K.L.Tai，IEEE Transactions onComponents，Packaging and Manufacturing Technology，Part BAdvanced Packaging，Vol.20，No.9，pp.37-42，September 1997，在某种程度可以提高收敛速度，降低迭代时间，以及减少非最佳解，但这些优化和迭代法无法从本质上解决以上这些缺欠。所以如何开发一种解析的方法，而不需依靠迭代拟合而精确求得模型参数成为一个重要的开发课题。此外，虽然以前也有解析方法来求电感等效电路的参数值，但其采用的是多点采样(如100个频率点)，然后求解高唯矩阵的联立方程。计算过程复杂，而且无法保证所选频率点一定能最好地反映电感的本征特性，请参照Watson A.C.，Melendy D.et.al，“AComprehensive Compact-Modeling Methodology for Spiral Inductors in Silicon-BasedRFICs，”IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，Vol.52(3)，pp.849-857，March2004。从以下对本专利技术的详细论述中我们可以发现，只有在特定的频率区间内，电感的特性参数能够最大程度反映电感在整个频率区间的行为；而其他频率区间即使是多点采样，也无法高精度地描述电感的特性。
技术实现思路
本专利技术是通过测量的S-参数，利用解析法提取硅基在片螺旋电感等效电路模型的参数值。本专利技术将解决国际上目前的提取在片螺旋电感的等效电路模型参数的迭代和拟合方法中所无法从根本上避免的多值性和非最佳解等问题。本专利技术利用所发现的电感的一组特性函数，根据特性函数在整个频率段内所遵循的线性规律，直接利用线性系数来求解等效电路的元件参数。本专利技术具有高精确性、很好的可重复性，及简便可行性等。在片螺旋电感做为一种重要的无源器件，在硅超大规模集成电路中特别是射频集成电路中，得到了广泛的应用。在无线通讯系统中广泛应用的(手机，无线局域网等)收发模块中的低噪声放大器、压控振荡器等集成电路芯片，在片电感是重要的元器件。硅基集成电路芯片加工生产线，需要对所制备的电感做出等效电路模型，从而提供给集成电路设计者，开展集成电路芯片设计的模拟仿真。电感等效电路模型的精确性，将直接影响集成电路芯片设计的性能指标。同时，电感器件的性能优化也都需要高精度的电感模型和有力的参数提取手段。以下解释本专利技术的技术原理。本专利技术是在所发现的一组电感的特性函数基础上，根据特性函数在整个频率段内所遵循的线性规律，直接利用线性系数来求解等效电路的元件参数。这种方法的长处是特征函数所反映的线性规律，最大程度上反映了特定等效电路在整个频率区间的属性。从而所求得的参数，即使不借助于曲线拟合，也可以实现高精确度的仿真。图1所示是9元参数螺旋电感等效电路。电路模型可分为以下三个部分第一部分Ys包括Ls、Cs、Rs；另两个部分Ysub1、Ysub2完全相同，分别包括Csi、Cox、Rsi。这里Ys＝-Y12，Ysub＝Y11+Y12。测试的S-参数可以依照以上公式转换为Ys和Ysub，其中Ys=1-ω2LsCs+jωRsCsRs+jωLs,---(1)]]>公式(1)的实数部分可以写成，1real(Ys)=Rs+ω2Ls2Rs,---(2)]]>通过公式(2)可以看出，如果假设Rs和Ls对频率的关系不大，则1/real(Ys)与ω2成线性关系。我们通过具体的实验数据来验证以上分析。我们利用标准的硅CMOS工艺制备了一个3.5圈由铜互联构成的电感。在测试的S-参数的基础上，通过把S-参数转化为Y参数，可以对公式(2)中的左边函数对频率做图。如图2所示，1/real(Ys)与ω2成很好的线性关系，尤其是在低频(0-3GHz)时。理论上讲，如果我们从图2中的低频段获得直线在Y轴上的截距以及斜率可计算出Rs和Ls来。然而由于Rs对于选取的频率段比较敏感，对于确定稳定的Rs值会造成困难。因此，我们通过此组线性关系的斜率，可获得Ls2/Rs。而采取其他方法解出Ls和Rs。继续考虑公式(1)的虚数部分imag(Ys)/ω=Cs-LsRsreal(Ys),---(3)]]>按照相同的处理方法，我们将公式(3)中[-imag(Ys)/ω]看做是real本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在片螺旋电感的单∏对称等效电路模型参数的提取方法，其特征是：通过测量的Ｓ－参数，利用特征函数的解析法提取在片螺旋电感等效电路模型参数值。
【技术特征摘要】
1.一种在片螺旋电感的单II对称等效电路模型参数的提取方法，其特征是通过测量的S-参数，利用特征函数的解析法提取在片螺旋电感等效电路模型参数值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在片螺旋电感的等效电路模型的特征函数包括以下三个部分第一部分Ys由元件Ls、Cs、Rs组成，另两个部分Ysub1、Ysub2分别由元件Csi、Cox、Rsi组成。3.根据权利要求2所述的的方法，其特征是Ysub1、Ysub2两部分的等效电路可以简化处理成对称的，从而Ysub1＝Ysub2＝Ysub。4.根据权利要求1及其从属要求2和3所述的方法，其特征是Ys＝-Y12，并且Ysub＝Y11+Y12。测试的S-参数可以依照以上公式转换为Ys和Ysub。5.根据权利要求1和4所述的方法，其特征是Ys部分由公式给出Ys=1-ω2LsCs+jωRsCsRs+jωLs.]]>公式中的实部可以写成1real(Ys)=Rs+ω2Ls2Rs,]]>公式中的虚部可以写成imag(Ys)/ω=Cs-LsRsreal(Ys).]]>6.根据权利要求1、2和5所述的方法，其特征是通过测试曲线以权利要求5中实部1/real(Ys)对ω...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜楠，谢利刚，黄风义，
申请(专利权)人：爱斯泰克上海高频通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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