用于Si RFIC的片上方形螺旋电感器

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这个例子向您展示了如何为Si(硅)RFIC应用建模一个方形螺旋电感。

硅衬底的选择是由于其低成本的硅IC制造比GaAs IC制造。与基带电路集成的潜力使Si成为许多RFIC应用的首选工艺。

射频平面电感在无线通信中发挥着至关重要的作用，以满足低电压、低成本、低功耗、低噪声、高工作频率和低失真的要求。

方形螺旋电感是硅射频集成电路中最常见的电感。在硅衬底和SiO2绝缘子上设计3ghz的方形螺旋电感。

定义参数

N = 7;ID = 81e-6;W = 6e-6;S = 4e-6;从地面到螺旋的高度%H = 303e-6;GL = 230e-6;GW = 230e-6;

在Si和Sio2衬底上创建平面方形螺旋电感器

在硅和Sio2衬底上采用微带线形式对7匝方形螺旋电感进行了建模

Ind =螺旋电感器;Ind.NumTurns = N;Ind.InnerDiameter = ID;Ind.Width = W;Ind.Spacing = S;Ind.Height = H;Ind.GroundPlaneLength = GL;Ind.GroundPlaneWidth = GW;D =介电(“名字”, {“硅”，二氧化硅的}，“EpsilonR”[11.9, 4.1],“LossTangent”(0.005, 0),“厚度”300年,[e-6 3 e-6]);Ind.Substrate = d;图;显示(印第安纳州);

图中包含一个轴对象。标题为spiralInductor元素的axis对象包含9个类型为patch、surface的对象。这些物体代表铜，饲料，硅，二氧化硅。

使用sparameters函数来计算s参数并绘制它。

spar =参数(Ind,linspace(1e9,5e9,21));图;rfplot(石膏);

$图中包含一个轴对象。axis对象包含4个line类型的对象。这些对象代表dB (S_ {11}), dB (S_ {21}), dB (S_ {12}), dB (S_{22})。$

s参数图显示，在430 MHz之后，S11和S22单调地增加到0 dB。S12和S21的降低表明能量存储在电感器中而没有辐射出去。S11和S21的行为满足能量守恒定律。

利用电感函数计算出正方形螺旋电感在3ghz下的电感量。

图;电感(印第安纳州,linspace (1 e9 5 e9 21));

图中包含一个轴对象。标题为Inductance的axes对象包含一个类型为line的对象。

从图中可以看出，螺旋电感的电感量随着频率的增加而增加。在分析Q因子的基础上，Q中的峰值为电感器的设计频率[2]，根据参考资料，设计频率约为3 GHz，计算出的螺旋电感约为11.09 nH，适用于RFIC应用。

图;网格(印第安纳州,“视图”，“金属”）;

使用电流函数绘制方形螺旋电感器表面的电流分布。

图;当前(印第安纳州,3 e9,“规模”，“log10”）;

图中包含一个轴对象。标题为Current distribution (log10)的axes对象包含6个patch类型的对象。

参考

Beeresha R Sa, A M Khanb, Manjunatha Reddy H Vc，“方形螺旋电感的设计与电磁仿真《方程式》，今日材料:论文集5(2018)10875-10882。
段厚培，10 nH方形螺旋电感的设计与优化北卡罗来纳大学夏洛特分校，1999年10月