第27卷第12期 半导体学报 Vol.27 No.12 2006年12月 CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS Dec.,2006 中心抽头差分电感的等效模型和参数提取“ 卢磊周锋唐长文闵吴王俊宇 (复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海201203) 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 S参数测试提取出等效电阻值、等效电感值和品质因数.在0.35m1P4M射频工艺上设计并实现一个中心抽头的 差分叠层电感，使用去嵌入测试的两端口S参数进行模型验证.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。 关键词：中心抽头差分电感；中心抽头等效模型；参数提取：S参数；两端口 EEACC:1110:1150:2140 中图分类号：TN4 文献标识码：A 文章编号：0253-4177(2006)12-2150-05 1 引言 L1.若端口2接地短路，如图2所示，端口1和2之 近年来，随着手机、无线局域网、卫星电视等通 Port 1 M Port 2 信系统的发展，片上电感在射频集成电路中日益占 Port 1 据重要地位.例如：采用中心抽头差分电感的压控振 Center-tap 荡器的谐振网络叮，用于正交压控振荡器中的源极 Port 2 二次谐波耦合[)，全差分低噪声放大器和混频器的 负载谐振网络3]，因此中心抽头差分电感在射频 (a) (b) 集成电路中具有非常重要的作用. 中心抽头差分电感的单端口S参数提取方法 图1中心抽头差分电感(a)物理版图：(b)理想模型 需要加入宽带180相移网络.由于很难保证两端 Fig.I Center-tapped differential inductor (a)Phys- ical layout;(b)Ideal model 口电压的180°相移，因此该方法存在很大误差.两 端口π模型的阻抗分析没有考虑中心抽头交流接地 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5町.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 短路 头等效模型，并推导出单端和差分等效RLQ参数 的提取公式.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， (a) 2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 1所示.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，M joMi 是互感，端口1和端口2之间的电压相位差180°. 为了方便分析，我们忽略寄生参数，仅考虑理想 电感.单端口S参数测试时，若端口2开路，L2所在 6 支路断开(i2=0),端口2对端口1的互感作用为 图2(a)端口2接地短路：(b)去耦等效电路 零，因此端口1的阻抗为jL1,等效电感值为自感 Fig.2 (a)Port 2 is short:(b)Decoupled circuit 上海市科学技术委员会（批准号：037062019）和上海应用材料研究与发展基金（批准号：0425）资助项目 t通信作者.Email:junyuwang(@fudan.cdu.cn 2006-06-10收到，2006-07.26定稿 ©2006中国电子学会第!"卷 第#!期 !$$%年#!月 半 导 体 学 报 &'()*+*,-./)01-2+*3(&-)4.&5-/+ 6789!" )79#! 4:;9!!$$% "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 "!$$% 中国电子学会 中心抽头差分电感的等效模型和参数提取" 卢 磊 周 锋 唐长文 闵 昊 王俊宇A "复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室!上海 !$#!$=$ 摘要!提出了中心抽头差分电感的中心抽头等效模型!对其差分应用时的单端和差分阻抗进行推导!利用两端口 /参数测试提取出等效电阻值&等效电感值和品质因数9在$Q=@#B#US3 射频工艺上设计并实现一个中心抽头的 差分叠层电感!使用去嵌入测试的两端口/参数进行模型验证9实验测试结果表明!在自激振荡频率以内等效模型 和测试结果非常吻合9 关键词!中心抽头差分电感%中心抽头等效模型%参数提取%/参数%两端口 $$%&&####$%##@$%!#S$ 中图分类号!5)S 文献标识码!0 文章编号!$!@=NS#""#!$$%$#!N!#@$N$@ ' 引言 近年来!随着手机&无线局域网&卫星电视等通 信系统的发展!片上电感在射频集成电路中日益占 据重要地位9例如#采用中心抽头差分电感的压控振 荡器的谐振网络'#(!用于正交压控振荡器中的源极 二次谐波耦合'!(!全差分低噪声放大器和混频器的 负载谐振网络'=!S(!因此中心抽头差分电感在射频 集成电路中具有非常重要的作用9 中心抽头差分电感的单端口 / 参数提取方法 需要加入宽带#>$[相移网络'@( 9由于很难保证两端 口电压的#>$[相移!因此该方法存在很大误差9两 端口'模型的阻抗分析没有考虑中心抽头交流接地 带来的互感影响!并不能反映中心抽头差分电感的 物理特征'@%?( 9本文针对中心抽头差分电感存在互 感的特点!提出去耦合等效电路以及相应的中心抽 头等效模型!并推导出单端和差分等效 /1d 参数 的提取公式9流片测试结果验证了中心抽头等效模 型和参数提取公式的准确性9 ( 中心抽头差分电感的单端阻抗 中心抽头差分电感的物理版图和等效电路如图 #所示9在忽略寄生电阻和电容的情况下!中心抽头 交流接地的差分电感可以看为一个理想变压器!G 是互感!端口#和端口!之间的电压相位差#>$[9 为了方便分析!我们忽略寄生参数!仅考虑理想 电感9单端口/ 参数测试时!若端口!开路!3! 所在 支路断开"?! a$$!端口!对端口#的互感作用为 零!因此端口#的阻抗为Z/3#!等效电感值为自感 3#9若端口!接地短路!如图!所示!端口#和!之 图# 中心抽头差分电感 "C$物理版图%"W$理想模型 2DHQ# &:GO:KNOCXX:LLDTT:K:GODC8DGLF;O7K "C$UEcMN D;C88Cc7FO%"W$(L:C8B7L:8 图! "C$端口!接地短路%"W$去耦等效电路 2DH9! "C$U7KO!DMME7KO%"W$4:;7FX8:L;DK;FDO