硅基片上集成無(wú)源器件的PEEC建模與模型縮階.pdf

1、不論是在硅基片上系統(tǒng)（SoC）還是在封裝系統(tǒng)（SiP）中，射頻集成無(wú)源器件都在其中扮演著十分重要的作用。在過(guò)去的十幾年中，射頻集成系統(tǒng)中的新型無(wú)源器件以及各種無(wú)源器件的模型建立吸引著研究者們的極大的興趣與廣泛的關(guān)注。射頻集成無(wú)源器件的工作特性在很大程度上對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的性能有著決定性的影響，螺旋電感和變壓器的品質(zhì)因數(shù)就是一個(gè)典型的例子。隨著日益提高的工作頻率，射頻設(shè)計(jì)中的各種寄生效應(yīng)與襯底、導(dǎo)體中的損耗特性都嚴(yán)重地困擾著研究者們。盡管目前

2、的全波電磁仿真軟件變得越來(lái)越完善，然而在對(duì)于實(shí)際問(wèn)題中可能遇到的大規(guī)模系統(tǒng)進(jìn)行電磁分析仍然十分費(fèi)時(shí)。而且它們也無(wú)法為設(shè)計(jì)者們提供對(duì)系統(tǒng)中的寄生效應(yīng)具有指導(dǎo)意義的認(rèn)識(shí)和具有直觀物理含義基于混合勢(shì)積分方程（MPIE）的部分等效電路算法（PEEC）通過(guò)將電路的布局設(shè)計(jì)（Layout）轉(zhuǎn)化為包含有電阻、電感、電容的集總電路網(wǎng)絡(luò)，而被廣泛的用于集成無(wú)源器件的建模。然而，通過(guò)部分等效電路算法產(chǎn)生的集總器件網(wǎng)絡(luò)往往具有數(shù)量十分巨大的節(jié)點(diǎn)數(shù)和器件數(shù)目。

3、這樣就使得傳統(tǒng)的SPICE電路仿真器會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)得到電路網(wǎng)絡(luò)的時(shí)域或者頻域響應(yīng)。此外，設(shè)計(jì)者們也很難從如此龐大的電路網(wǎng)絡(luò)中獲得電路的主要物理特性。因此，研究者們一直在尋找能夠有效進(jìn)行模型降階（MOR）的方法，從而大大縮短電路分析的時(shí)間。模型降階的研究往往被分為2個(gè)方面。一方面是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)傳輸函數(shù)特性的分析來(lái)獲得降階的方法；另一方面，人們一直嘗試通過(guò)直觀的物理的直覺(jué)找到更加合適的電路表征形式。 本文主要研究

4、了以下3個(gè)方面的內(nèi)容：（1）基于levenberg-marquardt算法得到的離散實(shí)鏡像用于計(jì)算準(zhǔn)靜態(tài)下的多層介質(zhì)的的格林函數(shù);（2）采用包括各種損耗機(jī)理的部分元等效電路算法（PEEC）分析一些典型的硅基片上無(wú)源器件的頻變特性；（3）將DPEC模型用于大型電路網(wǎng)絡(luò)的模型縮階。基于統(tǒng)一的復(fù)電感、復(fù)電容的定義，DPEC模型在保留原有網(wǎng)絡(luò)的頻域響應(yīng)的同時(shí)，大大簡(jiǎn)化了原有復(fù)雜的電路模型。通過(guò)對(duì)一些典型的硅基片上無(wú)源器件（包括了共平面波導(dǎo)（CP