[发明专利]硅基螺旋电感器件等效电路双∏非对称模型参数的提取方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种提取硅基集成电路在片元器件等效电路模型参数的方法，特别是在片螺旋电感的双∏非对称等效电路模型参数的提取方法。

背景技术

在片螺旋电感(on-chip spiral inductor)做为一种重要的无源器件，在硅超大规模集成电路(Si ULICs)中特别是射频集成电路(RFICs)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。最早的一种被广泛应用的模型是单∏等效电路；其后一个考虑了相关高阶效应的单∏模型的修正模型被提出；为了能够提高模型的精度，等效模型被扩展为一个双∏的等效电路。

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(参考文献1)。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(参考文献2)，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，Pages：1021-1024(参考文献3)，以及″S parameter-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 B：Advanced Packaging，Vol.20，No.9，pp.37-42，September 1997(参考文献4)，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。

由于非对称双∏等效电路模型中的参数很多，利用传统的迭代拟合将遇到更大的障碍。目前比较常用的方法是根据其他的物理分析，包括对电感的几何尺寸的缩放性的分析，事先对参数值做大致的估计，以此估计值做初值利用优化和迭代法进行拟合，如参考文献3中所采用的方法。这种方法对工程师的经验性要求很高。