通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法及装置，本申请能够通过一种通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，所述方法基于现有的电感等效电路模型：将任意多边形非对称平面螺旋电感等效为正多边形非等宽共心闭合金属，根据等效结果一一确定等效电路中各个元件的参数

【技术实现步骤摘要】
通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法及装置


[0001]本申请涉及集成电路设计及应用领域，具体涉及一种通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法及装置
。

技术介绍

[0002]金属螺旋结构是在片上获得电感的一种形式，常规的相等宽度和间距的平面螺旋电感首先在电路中大量应用
。
随着研究深入，各圈宽度与间距可变的螺旋电感被提出，以期满足不同的电路应用需求
。
[0003]电感的等效电路模型有利于电路分析
、
设计与优化，能够快速得出电感的各项性能参数或指标
。
此外，这些电感性能参数或指标也可以通过电磁仿真得到
。
仿真工具将电感视为一个整体，通过离散化，中间步骤求解大量数值方程，最终转化为各种电感参数或指标
。
然而，传统的全三维电磁仿真工具往往运行时间冗长，不利于快速得到结果
。
尽管目前已有某些简化的电磁仿真器，可以在较短时间内完成仿真，但一般来说，仿真对研究或设计人员而言相当于一个黑盒子，无法给电感设计提供任何直觉或经验准则
。
[0004]通常认为由电感等效电路得到的结果没有仿真准确，但对电感建模仍然有重要意义
。
一方面，通过等效电路模型，可以初步确定所需要电感的参数范围，利于电路设计和优化
。
另一方面，由仿真得出的电感参数可以通过等效电路进行分析
。
[0005]非对称平面螺旋电感的版图不满足严格对称性，在电路建模中某些参数较难确定
。
首先对非对称平面螺旋电感进行等效，使其满足严格的对称关系，则能较为容易地确定等效电路中各元件参数，同时不同多边形螺旋电感具有统一参数计算过程的可能性
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的问题，本申请提供一种通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法及装置，能够将任意多边形非对称平面螺旋电感等效为正多边形非等宽共心闭合金属，根据等效结果一一确定等效电路中各个元件的参数
。
[0007]为了解决上述问题中的至少一个，本申请提供以下技术方案：
[0008]第一方面，本申请提供一种通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，包括：
[0009]将非对称平面螺旋电感等效为正多边形非等宽共心闭合金属，等效后共心闭合金属的垂直参数与原螺旋电感保持一致；水平参数中边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1与原螺旋电感保持一致，而最内圈金属的内直径
d
i
′
n
和最外圈金属的外直径
d
′
out
分别为：
[0010][0011][0012]其中，水平参数包括边数
N
，圈数
n
，内直径
d
in
，外直径
d
out
，由内到外的线宽
w1,w2,
…
,w
n
与相邻间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1；垂直参数包括金属的厚度
t
m
与电阻率
ρ
m
，氧化层的厚度
t
ox
与介电常数
ε
ox
，衬底的厚度
t
sub
、
电阻率
ρ
sub
与介电常数
ε
sub
。
[0013]根据等效的正多边形非等宽共心闭合金属的水平参数与垂直参数确定电感等效电路模型中各元件的参数
。
[0014]进一步地，还包括：
[0015]根据共心闭合金属水平参数中的边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1、
内直径
d
i
′
n
与外直径
d
′
out
，垂直参数中的金属厚度
t
m
与电阻率
ρ
m
确定等效电路中第
i
圈金属的集肤效应等效网络
Z
skini
。
[0016]进一步地，还包括：
[0017]根据共心闭合金属水平参数中的边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1、
内直径
d
i
′
n
与外直径
d
′
out
，垂直参数中的金属厚度
t
m
与电阻率
ρ
m
确定等效电路中第
i
圈金属的邻近效应等效网络
Z
proxi
与
L
proxi
。
[0018]进一步地，还包括：
[0019]根据共心闭合金属水平参数中的边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1、
内直径
d
′
in
与外直径
d
′
out
，垂直参数中的金属厚度
t
m
，确定共心闭合金属的直流电感
L
dc
。
[0020]进一步地，还包括：
[0021]根据共心闭合金属各圈金属的集肤效应等效网络，确定集肤效应相关的总直流电感
L
skin_tot
：
[0022][0023]上式中
f
表示频率，
Z
skini
为等效电路中第
i
圈金属的集肤效应等效网络
。
[0024]进一步地，还包括：
[0025]根据共心闭合金属各圈金属的邻近效应等效网络，确定邻近效应相关的总直流电感
L
prox_tot
，
[0026][0027]上式中
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，包括电感等效电路模型，其特征在于，所述方法包括：将非对称平面螺旋电感等效为正多边形非等宽共心闭合金属，等效后共心闭合金属的垂直参数与原螺旋电感保持一致；水平参数中边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1与原螺旋电感保持一致，而最内圈金属的内直径
d
i
′
n
和最外圈金属的外直径
d
′
out
分别为：分别为：其中，水平参数包括边数
N
，圈数
n
，内直径
d
in
，外直径
d
out
，由内到外的线宽
w1,w2,
…
,w
n
与相邻间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1；垂直参数包括金属的厚度
t
m
与电阻率
ρ
m
，氧化层的厚度
t
ox
与介电常数
ε
ox
，衬底的厚度
t
sub
、
电阻率
ρ
sub
与介电常数
ε
sub
；根据等效的正多边形非等宽共心闭合金属的水平参数与垂直参数确定电感等效电路模型中各元件的参数
。2.
根据权利要求1所述的通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，其特征在于，还包括：根据共心闭合金属水平参数中的边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1、
内直径
d
i
′
n
与外直径
d
′
out
，垂直参数中的金属厚度
t
m
与电阻率
ρ
m
确定等效电路中第
i
圈金属的集肤效应等效网络
Z
skini
。3.
根据权利要求1所述的通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，其特征在于，还包括：根据共心闭合金属水平参数中的边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1、
内直径
d
′
in
与外直径
d
′
out
，垂直参数中的金属厚度
t
m
与电阻率
ρ
m
确定等效电路中第
i
圈金属的邻近效应等效网络
Z
proxi
与
L
proxi
。4.
根据权利要求1所述的通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，其特征在于，还包括：根据共心闭合金属水平参数中的边数
N、
圈数
n、
从内到外各圈闭合金属的宽度
w1,w2,
…
,w
n
及相邻闭合金属间的间距
s1,s2,
…
,s
n
‑1、
内直径
d
′
in
与外直径
d
′
out
，垂直参数中的金属厚度
t
m
，确定共心闭合金属的直流电感
L
dc
。5.
根据权利要求1所述的通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，其特征在于，还包括：根据共心闭合金属各圈金属的集肤效应等效网络，确定集肤效应相关的总直流电感
L
skin_tot
：
上式中
f
表示频率，
Z
skini
为等效电路中第
i
圈金属的集肤效应等效网络
。6.
根据权利要求1所述的通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，其特征在于，还包括：根据共心闭合金属各圈金属的邻近效应等效网络，确定邻近效应相关的总直流电感
L
prox_tot
，上式中
f
表示频率，
L
proxi
与
Z
skini
为等效电路中第
i
圈金属的邻近效应等效网络
。7.
根据权利要求1所述的通用的非对称平面螺旋电感的等效电路建模方法，其特征在于，还包括：确定等效电路中的串联电感
L
s
，
L
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：付军，谢双文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：