[发明专利]一种片上半导体变压器模型、建模方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种片上半导体变压器模型、建模方法、装置及存储介质，其中模型包括四部分：第一部分为表征变压器初次级线圈电感及电阻特性的串联支路；第二部分为表征变压器初次级线圈之间以及初次级线圈内部磁场耦合效应的互感；第三部分为表征变压器初次级线圈之间电容耦合效应的寄生电容；第四部分为表征变压器衬底损耗效应的衬底损耗网络。本发明通过梯形衬底损耗网络来替代传统的CRC衬底损耗网络，并在此基础上建立了片上变压器模型，所采用的梯形衬底损耗网络能更好地拟合砷化镓衬底的损耗特性，以使片上半导体变压器模型满足多种工艺。本发明可广泛应用于毫米波集成电路中无源器件建模的领域。

技术领域

本发明涉及毫米波集成电路中无源器件建模的领域，尤其涉及一种片上半导体变压器模型、建模方法、装置及存储介质。

背景技术

随着电路制造工艺的不断发展(如硅基工艺和砷化镓工艺等)，片上集成电路的尺寸越来越小，其工作频率逐步迈入毫米波频段。在集成电路系统中，片上变压器被大量采用以实现阻抗变换、单端差分变换及功率合成等功能，具体可应用于功率放大器、功分器及振荡器等电路模块。但是，随着工作频率的显著提高，电路中的寄生效应也会大大增强，这种增强不仅体现在器件内部及器件与器件之间，还体现在器件与半导体衬底之间。为了能提高前述电路模块的分析及优化效率，建立精确的片上变压器模型就显得尤为重要。变压器的主要性能指标有插入损耗、耦合系数以及初次级线圈的品质因数等，其中，品质因数能很好地反映模型拟合度。

为了建立精确的适用于毫米波频段的变压器模型，近年来提出了许多不同种类的建模方案，但是现有建立的片上半导体变压器模型无法满足多种工艺。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种片上半导体变压器模型、建模方法、装置及存储介质。

本发明所采用的技术方案是：

一种片上半导体变压器模型，所述片上半导体变压器模型为六端口变压器模型，包括四个部分；

第一部分为表征变压器初次级线圈的电感及电阻特性的串联支路；每个线圈包含两个关于公共端子对称的串联支路，所述公共端子为线圈的中心抽头；每个所述串联支路由一个串联电感L_0x，一个串联电阻R_0x，以及三个串联的R-L并联网络组成；

第二部分为表征变压器初次级线圈之间以及初次级线圈内部磁场耦合效应的互感；所述六端口变压器模型包含各个串联支路之间的磁场耦合；

第三部分为表征变压器初次级线圈之间电容耦合效应的寄生电容；所述六端口变压器模型初次级线圈的每个端口之间都引入了寄生电容；

第四部分为表征变压器衬底损耗效应的衬底损耗网络；变压器模型的每个端口处并联一个梯形衬底损耗网络，每个梯形衬底损耗网络由一个并联电感C_subi0，一个并联电导G_subi0，以及四个并联的G-C串联结构组成。

进一步地，在第一部分中，串联电感和串联电阻分别表示金属线圈在高频和低频下的电感特性和电阻特性；三个串联的R-L并联网络表示金属线圈在较宽频带范围内的趋肤效应和邻近效应；

在第二部分中，各个串联支路之间的磁场耦合分别用互感M₁₂，M₁₃，M₁₄，M₂₃，M₂₄，M₃₄表示；

在第三部分中，包括9个寄生电容，分别用C₁₃，C₁₄，C₁₆，C₂₃，C₂₄，C₂₆，C₃₅，C₄₅以及C₅₆表示；