變壓器參數(shù)化模型在射頻電路中的作用

一背景

Faraday Dynamics（法動(dòng)科技）在其射頻EDA軟件UltraEM中嵌入built-in的變壓器模型，補(bǔ)充了PDK ( Process Design Kit)工藝設(shè)計(jì)包中通常沒(méi)有built-in的變壓器模型的缺憾。

PDK（集成電路工藝設(shè)計(jì)包）作為連接IC工藝制造和IC設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)IC工藝數(shù)據(jù)／模型與IC設(shè)計(jì)環(huán)境/工具的無(wú)縫集成，縮短設(shè)計(jì)周期，對(duì)提高設(shè)計(jì)效率上具有實(shí)際價(jià)值。

通常半導(dǎo)體工藝PDK中往往缺少變壓器模型，為方便工程師使用，提升設(shè)計(jì)效率，法動(dòng)UltraEM電磁仿真軟件提供built-in的變壓器模型，并且支持客戶自定義、可擴(kuò)展、可復(fù)用的參數(shù)化庫(kù)單元進(jìn)行導(dǎo)入與使用。 二

變壓器參數(shù)化模型在射頻電路中的作用

三變壓器參數(shù)化模型介紹

本文介紹了法動(dòng)UltraEM軟件中變壓器參數(shù)化模型的使用流程。編寫(xiě)好的參數(shù)化模型，可作為自定義庫(kù)單元導(dǎo)入到UltraEM軟件中進(jìn)行使用，不受限于工藝，大大減少了工程師版圖設(shè)計(jì)的工作量。

1.建立庫(kù)單元

基于Python語(yǔ)言編寫(xiě)的參數(shù)化變壓器庫(kù)單元可直接導(dǎo)入U(xiǎn)ltraEM使用。如圖1所示。

圖1-建立參數(shù)化庫(kù)單元

2.使用庫(kù)單元完成參數(shù)化建模在庫(kù)單元中定義好金屬層、尺寸等參數(shù)，即可得到用戶所需的變壓器模型，并支持隨時(shí)修改，如圖 2與圖 3所示。

圖2-內(nèi)徑R定義為80um的變壓器

圖3-內(nèi)徑R定義為200um的變壓器

3.提取S參數(shù)模型與性能參數(shù)

得到變壓器模型后，可直接在UltraEM?的高速三維全波仿真引擎仿真提取S參數(shù)。以設(shè)計(jì)的工作區(qū)間在0.8GHz-2GHz之間的變壓器為例，參數(shù)設(shè)置R:80，W:10，C1:5，C2:4，S參數(shù)如圖4所示。

圖4-版圖仿真結(jié)果S參數(shù)

提取得到的S參數(shù)模型可加入原理圖做聯(lián)合仿真，如圖5所示。

圖5-原理圖中的變壓器S參數(shù)模型

通過(guò)UltraEM的Define Quantities功能定義公式，可以利用S/Y/Z參數(shù)計(jì)算出相關(guān)性能參數(shù)，例如初級(jí)線圈電感Lp、初級(jí)線圈品質(zhì)因數(shù)Qp、次級(jí)線圈電感Ls、次級(jí)線圈品質(zhì)因數(shù)Qs、互感M和耦合系數(shù)k，如下圖6到圖11所示。

圖6-初級(jí)線圈電感Lp

圖7-初級(jí)線圈品質(zhì)因數(shù)Qp

圖8-次級(jí)線圈電感Ls

圖9-次級(jí)線圈品質(zhì)因數(shù)Qs

圖10-互感M

圖11-耦合系數(shù)k

此項(xiàng)可復(fù)用參數(shù)化變壓器建模技術(shù)是2022版本所發(fā)布的新內(nèi)容之一，用戶將獲得新的感受和便利。 法動(dòng)科技：

成立于2017年。作為擁有硅谷及斯坦福創(chuàng)新基因的國(guó)際一流團(tuán)隊(duì)，我們專(zhuān)業(yè)提供射頻微波電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）軟件，憑借自主研發(fā)的大容量、快速三維全波電磁仿真引擎和基于人工智能技術(shù)的高效系統(tǒng)級(jí)仿真引擎，能夠在射頻微波芯片、封裝、高速PCB等領(lǐng)域?yàn)橛脩籼峁┛焖贉?zhǔn)確的電磁仿真、建模及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

同時(shí)，我們可以為包括移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)、5G、雷達(dá)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和高速數(shù)字設(shè)計(jì)在內(nèi)的產(chǎn)品提供高水平設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)服務(wù)。

審核編輯 ：李倩