[发明专利]用于集成电路的片上电感等效电路模型及参数提取方法

说明书

本发明公开了一种用于集成电路的片上电感等效电路模型，包括输入端、输出端、串联部分和衬底部分；所述串联部分与所述衬底部分并联在输入端与输出端之间；所述串联部分中包括趋肤寄生单元，所述趋肤寄生单元并联在串联部分中电阻的两端，所述趋肤寄生单元包括依次串联的趋肤寄生电容、趋肤寄生电阻和趋肤寄生电感。本发明还提供了用于集成电路的片上电感等效电路模型中参数的提取方法。本发明提出的包含趋肤效应和衬底横向耦合效应寄生元件的片上电感等效电路模型能够提高仿真同测试结果的拟合精度。同时，电路模型的参数提取的方法也更加简单，使整个电路模型实现对片上电感的高精度仿真。

技术领域

本发明属于电感的器件模型领域，尤其涉及一种用于集成电路的片上电感等效电路及参数提取方法。

背景技术

随着集成电路技术不断发展，电感元件在集成电路中的应用越来越广泛，集成芯片上电感也成为射频集成电路中重要的组成部分。有研究表明，集成电路中70％-80％的片上面积被片上螺旋电感占据，并且片上电感的性能是影响射频集成电路性能的重要因素。因而，片上电感成为射频集成电路研究中一个重要的器件对象。

器件模型是对器件进行深入研究的基础，一个精确的模型是后续研究必须的条件。为此，国内外研究人员对片上电感物理效应进行了深入研究，并在逐步完善其等效电路模型。迄今为止，片上电感等效电路模型的基本结构已获得突破，但在一些高阶寄生效应的电路拓扑和等效电路模型参数提取算法仍有改进空间。

本发明主要是针对片上电感的等效电路模型。目前国际上通用的片上电感模型，是基于论文(Huang F,Jiang N,Bian E.Characteristic-function approach toparameter extraction for asymmetric equivalent circuit of on-chip spiralinductors.IEEE Transactions on Microwave Theory&Techniques,2006,54(1):115-119.参考文献1)提出的9元件模型结构。这种传统模型的一个重要缺点是只考虑了一级寄生效应，其中串联部分只包含了一个电阻、一个电感和一个电容，衬底部分只有纵向的寄生元件，但没有考虑高频电源条件下电流所导致的高级寄生效应。本发明针对传统模型的这个缺陷，提出一种新型的模型结构，从而包含趋肤效应和衬底横向耦合效应寄生元件，从而实现对片上电感的高精度仿真。

以下，我们通过对片上电感传统模型技术的分析，介绍传统片上电感等效电路模型的缺陷，并说明本发明思想的新颖性。

片上电感的传统等效电路模型是基于参考文献1的9元件模型。该等效电路模型包括串联部分和衬底部分两部分，其中，串联部分包括串联电阻、串联电感、寄生电容；衬底部分包括衬底电阻、衬底电容以及介层电容。该模型考虑的寄生效应体现在串联部分的寄生电容和衬底部分的衬底电阻、衬底电容以及介层电容。但该模型没有考虑高级寄生效应。

论文(Huang F Y,Lu J X,Jiang D M,et al.A novel analytical approach toparameter extraction for on-chip spiral inductors taking into account high-order parasitic effect.Solid-State Electronics,2006,50(9-10):1557-1562.参考文献2)介绍了带有趋肤效应和衬底横向耦合效应的片上电感等效电路模型及参数提取算法，相比于传统9元件的等效电路模型，在串联部分增加了电阻电感串联的趋肤效应支路，在衬底部分增加了横向耦合电容。但在该模型趋肤效应支路缺少频率控制元件，不适用于宽频带应用，而且仅用横向耦合电容表征衬底横向耦合效应也仅在低频条件下适用。