中心抽头差分电感的等效模型和参数提取

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1、第!"卷!第#!期半!导!体!学!报6789!"!)79#!!$$%年#!月&'()*+*,-./)01-2+*3(&-)4.&5-/+4:;9!!$$%中心抽头差分电感的等效模型和参数提取"卢!磊!周!锋!唐长文!闵!昊!王俊宇A"复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室!上海!!$#!$=$摘要!提出了中心抽头差分电感的中心抽头等效模型!对其差分应用时的单端和差分阻抗进行推导!利用两端口/参数测试提取出等效电阻值&等效电感值和品质因数9在$Q=@#B#US3射频工艺上设计并实现一个中心抽头的差分叠层电感!使用去

2、嵌入测试的两端口/参数进行模型验证9实验测试结果表明!在自激振荡频率以内等效模型和测试结果非常吻合9关键词!中心抽头差分电感%中心抽头等效模型%参数提取%/参数%两端口$$%&&####$%##@$%!#S$中图分类号!5)S!!!文献标识码!0!!!文章编号!$!@=NS#""#!$$%$#!N!#@$N$@3#9若端口!接地短路!如图!所示!端口#和!之'!引言近年来!随着手机&无线局域网&卫星电视等通信系统的发展!片上电感在射频集成电路中日益占据重要地位9例如#采用中心抽头差分电感的压控振'#(荡器的谐振网络

3、!用于正交压控振荡器中的源极'!(二次谐波耦合!全差分低噪声放大器和混频器的'=!S(负载谐振网络!因此中心抽头差分电感在射频集成电路中具有非常重要的作用9图#!中心抽头差分电感!"C$物理版图%"W$理想模型中心抽头差分电感的单端口/参数提取方法2DHQ#!&:GO:KNOCXX:LLDTT:K:GODC8DGLF;O7K!"C$UEcMN'@(需要加入宽带#>$[相移网络9由于很难保证两端D;C88Cc7FO%"W$(L:C8B7L:8口电压的#>$[相移!因此该方法存在很大误差9两端口'模型的阻抗分析没有考虑

4、中心抽头交流接地带来的互感影响!并不能反映中心抽头差分电感的'@%?(物理特征9本文针对中心抽头差分电感存在互感的特点!提出去耦合等效电路以及相应的中心抽头等效模型!并推导出单端和差分等效/1d参数的提取公式9流片测试结果验证了中心抽头等效模型和参数提取公式的准确性9(!中心抽头差分电感的单端阻抗中心抽头差分电感的物理版图和等效电路如图#所示9在忽略寄生电阻和电容的情况下!中心抽头交流接地的差分电感可以看为一个理想变压器!G是互感!端口#和端口!之间的电压相位差#>$[9为了方便分析!我们忽略寄生参数!仅考虑理想电

5、感9单端口/参数测试时!若端口!开路!3所在!支路断开"?$!端口!对端口#的互感作用为图!!"C$端口!接地短路%"W$去耦等效电路!a$零!因此端口#的阻抗为Z/3!等效电感值为自感2DH9!!"C$U7KO!DMME7KO%"W$4:;7FX8:L;DK;FDO#"上海市科学技术委员会"批准号#$="$%!$#?$和上海应用材料研究与发展基金"批准号#$S!@$资助项目A通信作者9*BCD8#ZFGcFYCGH!TFLCG9:LF9;G!!$$%N$%N#$收到!!$$%N$"N!%定稿"!$$%中国电子学会

6、第#!期卢!磊等#!中心抽头差分电感的等效模型和参数提取"!%!间的互感作用可以等效为两个受控电压源9由基尔文献'%(给出了利用单端口/参数提取电感单霍夫电压定律可得端阻抗的方法!测试出/参数!利用反射系数的公##Z/3!?!'Z/G?"(A!"!$式得'Z/G?!%Z/3"?"(#""$!%/!!TDG(T#"$"+$因为差分电感左右完全对称!则3#(3!(3!求解!'/!!"#$和"!$式得其中!T$是特征阻抗!通常为@$$9由于中心抽头AG"差分电感存在互感G!采用一端开路或者短路的单!"TDG!((Z/3"

7、!'$(Z/3"!'V$!"($?!3"端口/参数不适用中心抽头差分电感9文献'@(给其中!V是耦合系数!表示为V(G)3)出了一种利用单端口/参数测试的方法!即在端口槡#3!(G39当端口!接地短路时!端口#的等效电感值为3!加入一个宽带#>$[相移网络!用来模拟中心抽头"#^V!$9通常!中心抽头差分电感的耦合系数V接差分电感的实际电路情况9由于很难保证两端口电近于#!那么3"#^V!$相对于3就会非常小!这与压的#>$[相移!因此该方法存在很大误差9而两端实际电路情况不符9口'模型没有中心抽头交流接地!不能完

8、全反映中若端口!通过宽带#>$[相移网络接入与端口#心抽头差分电感的物理特征!因此有必要对电感两相位相反的电压激励源'@("A$!如图=所示!端口'模型进行改进9!a^A#端口#的等效电感值推导如下#*!中心抽头等效模型和参数提取*9'!中心抽头等效模型图S为简化的中心抽头差分电感的集总电路模'>(型93#"!$代表电感值!J#"!$在直流下表示金属的串联损