Un modello numerico per induttori integrati per la
sintesi di reti di matching in circuiti integrati RF
Mauro Ballicchia
Simone Orcioni
DEIT, Dipartimento di Elettronica, Intelligenza artificiale e Telecomunicazioni
Università Politecnica delle Marche
23 giugno 2006
Mauro Ballicchia (DEIT)
Sintesi di reti di matching per RFIC
23 giugno 2006
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Obiettivi del progetto
Sviluppo di un modello numerico parametrizzato per induttori
integrati
Applicazione del modello alla sintesi di reti di matching per RFIC
mediante strumenti CAD
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Induttori integrati a spirale planare
I parametri geometrici della spirale
sono:
l lato della spirale
w larghezza delle spire
s spaziatura tra le spire
n numero di giri
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A. Riduzione dello spazio dei parametri
Inductors with number of turns n=1.75
l=100 µm
l=125 µm
l=150 µm
l=175 µm
l=200 µm
22
Average quality factor
20
18
16
14
12
10
8
0
5
10
15
20
25
spiral winding width w (µm)
30
35
40
Per ogni valore di lato l e numero di giri n esiste una spirale con
(l,n)
w = wQ che massimizza il fattore di Qualità, mediato sulla banda di
frequenze compresa tra (5 e 6) GHz.
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Induttori a Qualità ottima in funzione di l ed n
α(n)≈(k/n) with k=0.1758
0.22
l=75 µm
l=100 µm
l=125 µm
l=150 µm
l=175 µm
l=200 µm
l=225 µm
k/n
0.2
0.18
(l,n)
wQ /l
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
1
1.25
1.5
1.75
2
2.25
number of turns n
(l,n)
Definendo α(n) = average wQ /l ,
2.5
2.75
3
α(n) ≈
k
n
n∈N
l∈L
w = α(n) · l,
Mauro Ballicchia (DEIT)
l, w ∈ R ,
con
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Simulazioni con ASITIC degli induttori con w = α (n) · l
Induttanza efficace L11 e fattore di Qualità Q11 simulati a 5.45 GHz
4.5
24
n=1.00
n=1.25
n=1.50
n=1.75
n=2.00
n=2.25
n=2.50
n=2.75
n=3.00
3.5
Inductance (nH)
3
2.5
22
20
18
16
Quality factor
4
2
1.5
14
n=1.00
n=1.25
n=1.50
n=1.75
n=2.00
n=2.25
n=2.50
n=2.75
n=3.00
12
10
8
6
1
4
0.5
2
0
60
80
100
120
140
160
180
spiral side length l (µm)
200
220
240
0
60
80
100
120
140
160
180
spiral side length l (µm)
B. Calcolo dell’induttanza e del fattore di Qualità
!
(l,n,f )
(l,n,f )
Lij
=
1
· Im
2πf
Mauro Ballicchia (DEIT)
(−1)i +j
(l,n,f )
yij
(l,n,f )
Qij
=−
Im yij
(l,n,f )
Re yij
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200
220
240
con i, j = 1, 2
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Simulazioni con ASITIC degli induttori con w = α (n) · l
Induttanza efficace L11 e fattore di Qualità Q11 simulati a 5.45 GHz
4.5
24
n=1.00
n=1.25
n=1.50
n=1.75
n=2.00
n=2.25
n=2.50
n=2.75
n=3.00
3.5
Inductance (nH)
3
2.5
22
20
18
16
Quality factor
4
2
1.5
14
n=1.00
n=1.25
n=1.50
n=1.75
n=2.00
n=2.25
n=2.50
n=2.75
n=3.00
12
10
8
6
1
4
0.5
0
60
2
80
100
120
140
160
180
spiral side length l (µm)
200
220
0
60
240
80
100
120
140
160
180
spiral side length l (µm)
200
220
240
C. Modello numerico
(n)
(l,n,f )
Lij (l, f ) = 2D-spline(Lij
(n)
Qij (l, f
Mauro Ballicchia (DEIT)
)=
,l ∈ L ,f ∈ F)
(l,n,f )
2D-spline(Qij
,l
∈ L ,f ∈ F)
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Applicazione del modello alla sintesi di reti di matching
Progetto di un LNA singolo stadio
M1
LNA
M2
Vdd
Vdd
Rb2
Q2
Cb2
C1
50Ω
LPCC
in
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L2
Rb1
Q1
L1
C2
Le
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LPCC
out
50Ω
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Sintesi delle reti di matching
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Analisi delle performance
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