ADS完整建立电感模型以及变压器模型

### ADS完整建立电感模型与变压器模型 #### 电感(Inductor) 在现代无线通信系统中，电感作为射频集成电路(RFIC)中的关键组件，扮演着至关重要的角色。随着个人无线通信设备的广泛普及及对小型化、低成本、低功耗通信元件需求的持续增长，正确构建电感模型对于提升电路性能尤为重要。 **电感模型详解** 电感模型通常包含多个参数，以全面反映其在高频下的行为。以下为电感的完整模型： 1. **串联电阻(s** **R)**：由于趋肤效应导致的串联电阻，影响电感的品质因数(Q-factor)。 2. **衬底损耗电阻(R** **si1, R** **si2)**：衬底材料引起的损耗，降低了电感的效率。 3. **氧化层电容(C** **ox1, C** **ox2)**：氧化层介于金属线与衬底之间的电容，影响电感的高频特性。 4. **衬底电容(C** **si1, C** **si2)**：由衬底材料造成的电容，对高频信号产生影响。 5. **硅电阻(R** **Si)**：由硅材料的导电性产生的电阻。 6. **硅电容(C** **Si)**：硅材料的电容性质。 7. **寄生电容(C** **S)**：由电感结构中未预期的电容效应引起。 8. **寄生电阻(R** **S)**：由非理想因素导致的额外电阻。 9. **寄生电感(L** **S)**：由制造过程中的非理想因素产生的小量额外电感。 这些参数共同决定了电感的总电感值(L s)和Q值。在CMOS工艺中，Si基板的损耗性会显著降低电感的Q值，因此优化这些参数对于提高RFIC的性能至关重要。 **电感类型与选择** TSMC提供了三种电感模型：标准型(STD)、对称型(SYM)以及带中心抽头的对称型(SYMCT)，分别适用于不同的应用场景。在设计电路时，应综合考虑电感值和Q值，以确保电路在工作频率下具有最低的串联电阻。 #### 变压器(Transformer) 变压器在射频电路中主要用于阻抗转换、信号平衡转换以及电压电流的转换。它通过电磁感应原理实现功率传输，能够有效隔离直流分量，并用于实现电路间的阻抗匹配，最大化功率传输效率。此外，利用变压器进行信号平衡转换可减少外部组件的成本，同时有助于实现电路的低电压操作。 **变压器模型** 变压器有两种常见的等效模型：T-model和π-model。T-model和π-model分别通过两个独立的电感和一个互感(M)来表示原边和副边的关系，其中M = k * sqrt(Lp * Ls)，k为耦合系数，反映了两个线圈之间的耦合程度。在没有耦合的情况下，变压器可以被视为两个独立的电感。 **变压器类型与参数** 变压器的常见类型包括stack、symmetric和interleave。Stack类型的变压器耦合系数(k)最高，适合高效率的功率传输。Symmetric类型由于具备中心抽头，能够支持多种应用需求。Interleave类型则利用最厚的金属层（如metal6）来减少趋肤效应，从而获得更高的Q值。 **电路模拟与比较** 在实验中，我们使用ADS Momentum软件对不同类型的电感和变压器进行了电磁仿真，以比较其在不同参数设置下的性能。例如，对于电感，我们对比了线宽、线距和圈数不同的几种电感，以评估其在特定工作频率下的Q值和电感值。对于变压器，我们分析了symmetric和interleave两种结构的性能，重点关注其耦合系数和Q值。通过对仿真结果的分析，我们可以优化电感和变压器的设计，以满足特定射频电路的性能要求。