资源描述：
《射频电路中平面螺旋电感的计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第9卷第1期Vol.9No.12007年1月技术前沿Jan.2007射频电路中平面螺旋电感的计算杨卓,董天临(华中科技大学电子与信息工程系,湖北武汉430079)摘要:介绍了单晶集成电感、单晶传输线变压器以及将其作为balun的运用方案。对射频电路中平面螺旋电感的分布参数模型进行了分析,进而讨论了平直导体的电感值的理论计算方法,然后以此为基础,以两圈的长方形、一圈的平面螺旋线圈电感和正方形平面螺旋电感为例计算了其电感值。关键词:平面螺旋电感;单晶传输线变压器;balun0概述在射频电路的设计中,常常会用到电感和传输线变压器等感
2、性元器件,传统的CMOS射频电路往往由于面积、体积过大可能会直接导致设计的整个电路的面积、体积过大,并使成本增加,(a)正方型结构(b)八角型结构而平面的单晶电感、传输线变压器则可解决这一图1螺旋电感的平面结构问题。一般常将电感设计成螺旋结构,直接布线能够实现平衡电路到非平衡电路转换的一种装在以硅为主要材料的介质基板上,这样增强了电置,它是传输线变压器的一种应用,图2所示是感工作的稳定性、大大减小了体积,传输线变压其中的一种对称结构。作为balun使用的传输线变器也是依据电感的结构和特性而设计。因此,要压器,图2(a)为其平面
3、结构,图2(b)是示意图学习单晶传输线变压器,并设计将变压器运用于的符号。balun,可以首先从了解电感的设计开始。因为,平面螺旋电感、传输线变压器、balun的研究是一脉相承的。一般情况下,螺旋电感的平面结构如图1所示,其中图1(a)是正方型结构,图1(b)为八角型结构。平面螺旋电感值的计算目前有很多方法,而大多计算公式要么是基于计算机模拟设计软件得来,要么就是基于实验得来的,总的说来,都是通过试验获得的非理论的公式。著名的(a)平面结构(b)示意图的符号图2平面对称结构balun理论推导的方法就是Greenhouse的推导
4、。本文将重点介绍图1(a)所示的电感的设计以及电感值1平面螺旋电感的结构模型的计算。在射频集成电路(RFIC)中,传输线变压器在微波射频集成电路中,通常要对电路进行的结构有很多,应用也非常广泛。Balun是一种模拟仿真。为了精确快速的模拟集成电感,需要建立其等效电路参数模型。现以图1(a)中所示收稿日期:2006-08-25的电感为例,可截取其中长度为l的一小段平直www.ChinaECD.net2007.157第9卷第1期Vol.9No.12007年1月ElectronicComponent&DeviceApplicatio
5、nsJan.2007部分来进行说明,其结构如图3所示。介质基片2l)-1.25+AMD+μL=0.002l!ln(T"(1)(硅材料)的一边布置有厚度为t的导带,另一边GMDl4式中,L是导带的自感值,单位是微亨;l是接地,其基片厚度为b2,在介质基片和导带中间有一层厚度为b1的很薄的一层二氧化硅,导带的导体长度,单位是厘米;GMD、AMD分别代表导体横截面的几何平均距离和导体横截面的算术平均宽度为w,相邻导带之间的距离为s。按这种方式距离。对于图3所示的横截面为长方形的导带来截取出来的每一小段都可以用图4所示的双端口说,分别
6、有:网络的等效电路来模拟。#G=0.2232(w+t)%MD%%$(2)%w+t%%AMD=&3式中,w和t分别是导带截面的宽和高。为了计算方便,我们这里只讨论近似直流T=1、磁导率为1的情况,这样式(1)可以简化为:图3截取电感中一小段平直部分的示意图L=0.002l’In(2l)+0.50049+w+t((3)w+t3l2.2两平直导体之间的互感若将段平直导体用图5所示的两组绕线来表示,那么由流经导体的感生电流i1和i2产生的互感分别为M1,2和M2,1,则在图5中:图4双端口网络的等效电路来模拟模型在图4所示的等效电路中
7、,分流元件Cox、Csi和rsi分别代表二氧化硅所产生的寄生电容、介质基片所产生的寄生电容和介质基片的损耗。εεw图5流经导体的两感生电流产生的互感orCox=hsio2d#d#式中,hsio等于b1。M=1,2,M=2,121,2di2,1di12图4中相互串联的L和rs分别代表电感的感值上式中,#1,2、#2,1分别是由电流i1、i2产生的Rlsh和欧姆损耗,其中:rs=磁通。总的互感MT等于M1,2和M2,1的矢量和。w两平行导带之间的互感是导带长度以及它们式中R是金属导带的薄层电阻。sh之间几何平均距离的函数,表示式为
8、:图中,L=L0+MM=2lQ(4)式中,L为平面螺旋电感;L0是导带的自感;式中,M是互感,单位为纳亨;l是导带长M是导带间的互感。度,单位为厘米;Q是互感参数,可以由下面的下面将重点讨论L的计算方法。等式来计算:21212平面螺旋电感的计算Q=ln{(l)+[1+(l)]
