UltraEM和EMCompiler對(duì)變壓器進(jìn)行阻抗匹配的仿真實(shí)例

1 介紹

UltraEM可以建立變壓器工藝模型并仿真生成相應(yīng)的阻抗圓圖結(jié)果文件，EMCompiler可以導(dǎo)入U(xiǎn)ltraEM生成的阻抗圓圖結(jié)果文件并對(duì)其進(jìn)行阻抗匹配。

本文將使用UltraEM和EMCompiler進(jìn)行聯(lián)合仿真，分別采用電感與電容對(duì)變壓器進(jìn)行阻抗匹配，并比較匹配前后的Q值來(lái)確定匹配元件對(duì)Q值的影響。

2 UltraEM操作流程

2.1新建工程

依次點(diǎn)擊File > New > Project新建工程，如下圖 2-1。

圖2-1新建工程

2.2 導(dǎo)入設(shè)計(jì)文件

UltraEM支持導(dǎo)入多種格式的設(shè)計(jì)文件，包括FDL、GDSII&Map、LEF&DEF，其中FDL是法動(dòng)EDA軟件特有的格式，這里我們使用FDL格式的文件進(jìn)行演示。依次點(diǎn)擊 File > Import > FDL 導(dǎo)入設(shè)計(jì)文件，如圖 2-2所示。

圖2?2導(dǎo)入設(shè)計(jì)文件

2.3 查看版圖設(shè)計(jì)

導(dǎo)入后的設(shè)計(jì)文件版圖如圖 2-3所示，該設(shè)計(jì)為四端口變壓器。

圖 2?3 版圖

疊層信息如圖 2-4。

圖2?4 疊層信息

2.4仿真設(shè)置

依次點(diǎn)擊Solve > Settings，在彈出框可以進(jìn)行仿真頻率范圍及步長(zhǎng)、剖分密度、線(xiàn)程數(shù)等設(shè)置等各種設(shè)置。此處我們?cè)O(shè)置仿真頻率如圖 2-5所示，仿真頻率在5GHz~10GHz，步長(zhǎng)為1GHz，其他保持默認(rèn)設(shè)置。

圖 2?5 仿真頻率設(shè)置

2.5 運(yùn)行仿真

仿真頻率設(shè)置完成后單擊Solve > Run以運(yùn)行仿真。

圖2?6 運(yùn)行仿真

2.6 查看仿真結(jié)果

仿真完成后，點(diǎn)擊菜單欄的Result > Model Data，在新彈出的網(wǎng)頁(yè)中點(diǎn)擊左上角的球形圖標(biāo)，在彈出窗口中選擇需要查看的參數(shù)結(jié)果，這里選擇查看S11參數(shù)，如圖 2-7，點(diǎn)擊Plot Curve之后就會(huì)在界面中繪制出變壓器的阻抗圓圖。

圖2?7 查看仿真結(jié)果

變壓器的阻抗圓圖如圖 2-8所示。

圖 2?8 阻抗圓圖

圖 2?9 匹配前Q值

2.7 下載snp文件

在EMCompiler進(jìn)行仿真需要導(dǎo)入S參數(shù)模型，所以我們需要下載生成的結(jié)果文件。在繪制結(jié)果后可以右鍵單擊結(jié)果圖，在彈出的下拉列表中點(diǎn)擊Download File后點(diǎn)擊Done，如圖 2-10。

圖 2?10 下載snp文件

3 EMCompiler操作流程

3.1 采用電感阻抗匹配

3.1.1 新建工程

依次點(diǎn)擊File > New > Project新建工程，將工程文件命名為Match，如圖 3-1。

圖3?1 新建工程文件

3.1.2 新建設(shè)計(jì)

在新建的工程目錄下依次點(diǎn)擊File > New > Design新建設(shè)計(jì)，如圖3-2。

圖3?2 新建設(shè)計(jì)

3.1.3 導(dǎo)入snp文件

依此點(diǎn)擊File > Load S/Y/Z Model，點(diǎn)擊Browse選擇要導(dǎo)入的snp文件后點(diǎn)擊Upload導(dǎo)入，如圖3-3。

圖3?3 導(dǎo)入snp文件

3.1.4 放置模型

在導(dǎo)入snp文件后，EMCompiler會(huì)生成對(duì)應(yīng)的參數(shù)模型。在頁(yè)面的左下角的Library Panel中選擇 Customized > lib1 中選擇上述的變壓器模型，并在頁(yè)面放置模型。

圖3-4 放置模型

3.1.5 放置電感元件

本次仿真采用電感對(duì)變壓器模型進(jìn)行阻抗匹配。在頁(yè)面的左下角的Library Panel中選擇Basic components 中選擇電感模型，并在頁(yè)面放置模型，效果圖如圖 3-5所示。

圖 3?5 放置電感元件

3.1.6 插入Pin

放置電感元件后依次點(diǎn)擊Insert > Pin，在圖 3?6所示位置依次插入Pin，最終效果圖如圖 3?6。

圖 3?6 插入Pin

3.1.7 定義電感

雙擊電感打開(kāi)電感參數(shù)對(duì)話(huà)框如圖 3?7，可以修改電感參數(shù)。本次仿真希望通過(guò)改變電感的參數(shù)來(lái)對(duì)圖 2?8中偏容性點(diǎn)5GHz的點(diǎn)進(jìn)行阻抗匹配。對(duì)于給定工作頻率5GHz，通過(guò)調(diào)試確定匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感值為0.64nH。在參數(shù)對(duì)話(huà)框中輸入電感值為0.64nH。

圖3-7定義電感值

3.1.8 設(shè)置仿真頻率

依次點(diǎn)擊Solve > Freq-Domain Analysis，在彈出對(duì)話(huà)框仿真頻率在5GHz~10GHz，步長(zhǎng)為1GHz如圖 3?8，設(shè)置完成后點(diǎn)擊Run運(yùn)行仿真。

圖 3?8設(shè)置仿真頻率

3.1.9 查看仿真結(jié)果

仿真完成后，點(diǎn)擊菜單欄的Result > Model Data，在新彈出的網(wǎng)頁(yè)中點(diǎn)擊左上角的球形圖標(biāo)，在彈出窗口中選擇需要查看的參數(shù)結(jié)果，這里選擇查看S11參數(shù)，如圖 3?9，點(diǎn)擊Plot Curve之后就會(huì)在界面中繪制出阻抗圓圖。

圖 3?9查看仿真結(jié)果

用電感進(jìn)行阻抗匹配的阻抗圓圖如圖 3?10所示。

圖 3?10匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗圓圖

對(duì)比匹配網(wǎng)絡(luò)前后的Q值如圖 3?11，在5GHz點(diǎn)Q值提高，說(shuō)明通過(guò)串聯(lián)電感可以提高匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值。

圖 3?11 Q值(黑線(xiàn)表示匹配前，藍(lán)線(xiàn)表示匹配后)

3.2 采用電容阻抗匹配

3.2.1 繪制原理圖

具體操作與上述3.1.1-3.1.7步驟一致，區(qū)別的地方從串聯(lián)電感變?yōu)椴⒙?lián)電容，最終效果圖如圖3?12所示。

圖3?12效果圖

3.2.2 定義電容

雙擊電容打開(kāi)電容參數(shù)對(duì)話(huà)框如圖 3 13，可以修改電容參數(shù)。本次仿真希望通過(guò)改變電容的參數(shù)來(lái)對(duì)圖 2 8中偏感性點(diǎn)15GHz的點(diǎn)進(jìn)行阻抗匹配。對(duì)于給定工作頻率15GHz，通過(guò)調(diào)試確定匹配網(wǎng)絡(luò)中的電容值為0.18pF。在參數(shù)對(duì)話(huà)框中輸入電容值為0.18 pF。

圖 3?13 定義電容參數(shù)

3.2.3 仿真并查看結(jié)果

按照上述步驟3.1.9操作仿真并查看結(jié)果。

圖 3?14 匹配后的阻抗圓圖

對(duì)比匹配網(wǎng)絡(luò)前后的Q值如圖 3?15，在15GHz點(diǎn)Q值降低，表示并聯(lián)電容會(huì)降低匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值。

圖 3?15 Q值（黑線(xiàn)表示匹配前，藍(lán)線(xiàn)表示匹配后）

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審核編輯：湯梓紅