硅基片上螺旋电感宽带物理模型

IPD与SMD和LTCC分立器件电路的对比射频和无线产品领域可以使用非常广泛的封装载体技术，它们包括引线框架、层压基板、低温共烧陶瓷（LTCC）和硅底板载体（Si Backplane）。

由于不断增加的功能对集成度有了更高要求，市场对系统级封装方法（SiP）也提出了更多需求。

引线框架基板封装技术在过去的几年中得到了巨大的发展，包括刻蚀电感、引脚上无源器件、芯片堆叠技术等等。

框架基板是成本最低的选择，但是更高的功能性要求更多的布线和更多的垂直空间利用，因而，框架封装很少用在RF集成解决方案中。

LTCC因其具有多层结构、高介电常数和高品质因子电感，已经被证明是一种能提供高集成度的高性能基板材料。

LTCC方案中实现了无源器件的嵌入，如独立RCL或包含RCL 的功能块，使SMT器件所需平面空间最小，同时提高电性能。

集成度是LTCC的优点，然而翘曲、裂纹、基板的二级可靠性、以及整个供应链结构（基板在封装过程中的传送）等等对LTCC的局限，使之无法成为流行的载体基板选择。

硅底板载体，如STATS ChipPAC的芯片级模块封装（CSMP：Chip Scale Module Package），已经广泛地使用于需要高集成度、卓越电性能和小外形系数的无线解决方案中。

CSMP是一种全集成解决方案的理想封装形式，可以包括RFIC和基带IC。

然而，这样的集成度并不是成本最低的，而且也不是所有的射频和无线设备都需要的。

这些原因将我们引向层压基板，一种在射频模块封装中应用最广泛的载体。

该方法结合了传统的层压基板技术与无源器件集成技术（IPD：Integrated Passive Device），成为一种在成本、尺寸、性能与灵活性诸方面能达到最佳平衡的双赢解决方案。

本文对带IPD器件的层压基板的应用进行讨论，同时通过两个例子来进一步阐述研究。

IPD与SMD 和LTCC分立器件电路的对比射频模块需要用到独立的RCL或组合的RCL，来实现诸如滤波器、天线分离滤波器（diplexer）、不平衡变压器（balun）等的功能块，这些RCL通常为SMD（Surface Mount Devices表面贴装器件）形式或IPD形式。

第20卷　第6期2005年12月 电　波　科　学　学　报CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE Vol.20,No.6December ,2005777 文章编号　100520388(2005)0620777207硅基平面螺旋电感的等效电路模型和参数提取3黄志忠　殷晓星　崔铁军　洪　伟(东南大学毫米波国家重点实验室暨计算电磁学研究中心,zzhuang @ ,江苏南京210096)摘　要　针对螺旋电感传统等效电路模型的不足,提出了一种改进形式的集总参数等效电路模型。

该等效电路模型能很好地反映出电感参数随频率变化的实际效应,可适用于从低频到自谐振频率的宽频带范围。

同时,应用电磁场全波分析方法对CMOS 工艺下平面螺旋电感进行仿真分析。

从得到的散射参数中提取电感L 、Q 值及自谐振频率。

基于参数优化和曲线拟合技术,给出了等效电路模型中各个元件值的多变量闭合表达式。

这些表达式可方便地用于集成电路的设计和优化,从而提高电路设计的性能和效率。

关键词　射频集成电路,螺旋电感,电路模型,参数提取,CMOS 工艺中图分类号　TN401 文献标识码　AEquivalent circuit model and parameter extraction of on 2chipplanar spiral inductors on silicon substratesHUANG Zhi 2zhong YIN Xiao 2xing CUI Tie 2jun H ONG Wei(S tate Key L aboratory of Millimeter W aves ,S outheast Universit y ,z z huang @ ,N anj ing J iangsu 210096,China )Abstract In order to overcome t he limitation of t he t raditional equivalent circuit model of spiral inductors on silicon subst rates ,an imp roved equivalent circuit model wit h co mpact lumped element s is developed in t his paper.The new model can pro 2vide a good simulation of t he act ual f requency effect for t he on 2chip spiral inductor ,which is valid from low frequencies to t he first self 2resonant f requency.Based on t he elect romagnetic f ull 2wave met hod ,spiral inductors wit h t he CMOS technology are simulated and analyzed.The effective inductor ,Q 2factor and t he self 2resonant f requency are ext racted f rom S 2parameters.U sing t he parameter optimization and curve fitting ,t he analytical formulatio ns are given for all element s on t he circuit model.Such formulations can be easily used in t he RFIC design ,which will im 2p rove t he design efficiency t remendously.K ey w ords radio frequency integrated circuit s (RFICs ),spiral inductor ,circuit model ,parameter ext raction ,CMOS technology3收稿日期:2004212220. 基金项目:国家自然科学基金重点项目(90307016),国家杰出青年科学基金(60225001),国家自然科学基金重大项目子课题(60496317)1　引　言随着无线通信系统的迅猛发展,硅基射频集成电路(RFICs)逐步向更高层次集成。

眼压传感器的检测电路摘要正在开发一种被动遥测眼内压 (IOP) 传感器检测电路，一个眼内压力传感器包括一个电容式压力传感器和一个平行的平面螺旋电感。

这个LC振荡电路把压力转换成谐振频率，压控振荡器（VOC）使传感器在一个频率范围内工作（20–40 MHz），以此种方式来测量内部传感器的谐振频率，来达到传感器的测量任务。

这种低功率电路非常简洁，很适合病人的生命监测仪的使用。

电路可以在最小的压力传感器的无线读出中使用，实验结果显示电感耦合距离可以达到7.5mm。

1.引言青光眼是指由于眼内压的升高使得视神经破坏的疾病，对眼内压的长期测量队青光眼的诊断和治疗至关重要。

尽管如此，传统的测量方法只是由一个精细的空气流或压平眼压计提供单发的测量。

一种长期的，实时的，可完全植入的眼内压力传感器正在研究开发中，还有一种微型控制器和射频转换器集成于一个电路板上的压力传感器与此电路类似，还有另一种相似的传感器是可以尽可能小的并且可微创植入的。

这些结构装置都是基于有电容式压力传感器和平面螺旋电感组成的LC谐振电路，作用在眼内电容上的压力影响LC振荡电路的谐振频率，有谐振频率的变化就可以测量出压力的变化值，尽管在开发合适的传感器上已经做出了很大的努力，但是主要的问题任然是无线读取电路。

可植入传感器必须尽可能的小，读出电路的线圈安置在眼镜框架之上。

这些结合约束导致磁耦合传感器和读数线圈之间的弱耦合需要一个高度灵敏的外部读出电路，例如阻抗分析仪。

本文提出了一种新无源无线压力传感器读出电路。

这种低功耗电路非常紧凑，使其适合长期行走的病人监测。

即使本文侧重于测量眼内压，电容输出时，可以使用类似的装置是用尽可能小的遥测监控大小。

2.检测原理图1是眼内压力传感器测试系统的概述。

传感器的谐振频率的远程检测是基于检测由于电容C的变化引起的阻抗Zeq的变化。

Zeq是初级线圈对次级线圈的反射阻抗。

图1（b）显示线圈可以取代图1（a)中的线圈。