CMOS集成电感的建模与仿真
包含9个元件的螺旋电感的单盯模型已被SPICE模拟器广泛采用，但由于单口模型不能准确描述分布效应和高阶损耗，包括趋肤效应、临近效应以及由有损硅衬底的涡流和电容耦合导电电流造成的损耗，该模型在一定的频率范围内适用于低损耗衬底上的电感值比较小的螺旋电感l6j。2一竹电感模型在传统单电感模型的电感部分接人了并联的R和pl’表征趋肤效应和邻近效应；在衬底部分接人了并联的和c，表征衬底的电磁损耗。这种片上电感集总的2一盯模型与传统单订模型相比，因考虑了趋肤效应和临近效应及分布效应这些损耗机制的影响，在自谐振频率范围内可以更加精确地模拟不同电感结构和不同衬底材料的片上螺旋电感。采用集总的2一盯电感模型如图2所示j。图2中，G为金属导线间电容，C。是下层引出线与螺旋线圈之间的交叠电容，c，c和i均为衬底电损耗参数，(．，R(．厂)分别表示螺旋电感的串联电感与串联电阻，由于考虑了邻近效应、趋肤效应和衬底涡流损耗，它们是与频率相关的量。
式(3)中，Ⅳ为电感圈数；z为线圈总长度；s线圈间距；W线圈宽度；t金属层厚度；f为平均直径；8为氧化层介电常数；h顶层金属与下层金属之间的距离；f上层金属到衬底的距离；t衬底厚度；G，c为与工艺相关的拟合参数，分别表示单位面积的电导和电容。
现以金属线宽等于10m，问距等于2Ixm，内径为80p,m，圈数为3m，用顶层金属制作的单层差分电感为例，频率范围0．5—8．5GHz，结合中芯国际工艺的特点，来分析电感模型的建立过程。电感的建模基于中芯国际射频CMOSPDK平台，采用ADS、VPCM相结合来进行性能的仿真和优化。在 式(3)中，Ⅳ为电感圈数；z为线圈总长度；s线圈间距；W线圈宽度；t金属层厚度；f为平均直径；8为氧化层介电常数；h顶层金属与下层金属之间的距离；f上层金属到衬底的距离；t衬底厚度；G，c为与工艺相关的拟合参数，分别表示单位面积的电导和电容。