UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO "C NIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS ;V1AESTRíA EN CJENC'JAS E?\ IN GEN lERíA ELEC'TRÓNICA y COMPUTACIÓN
PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN
Diseño de Inductores Integrados en Tecnología
CMOS
Presentado por: ING. ERIC FRANCISCO GUTIÉRREZ FRÍAS
Director de Tesis: DR. EDWIN CHRISTIAN BECERRA ALVAREZ
GUADALA.JARA, JALISCO. DrClEMBRE
2013
DATOS
Nombre:
PERSONALES DEL ESTUDIANTE
Eric
CV CONACYT: UdG:
20128 Cipriano Campos Colonia:
Jardines
Código
44860 de contacto:
Correo Electrónico:
No.
Nilo
3311161440
.com
,
Indice 1.
1
2. Modelado de Inductores Inductores
3
2.2.
2.3. 2.4.
3. Justificación 4. Objetivos
9
10
4.1. 4.2.
10
5.
10
6. Resultados
11
7.
11
12
p
Indice de figuras 1
l\Iodelo físico del inductor int0grado.
1.
2.
Inductor cuadrado de una vuelta. .
3.
Variables del inductor para el modelo de
2
3
4.
Variables del inductor para el modelo de Ivlohan ..
4
5.
Aproximación current sheet.
G
6. 7.
Variables del inductor para el modelo de Jenei Variables del modelo de Asgaran
7
II
8
1.
Introducción
ele
(le COlllUlllcaC:lOlles
que opcrdll a radío
componentes de RF
consumo y
lo cual los
las empresas
a la
sus reducción
de inductores
carencia
más
muy
necesaria la
~Jtl]¡zc1ción
a
circuitos
nece
sitan tanlbíén resonadores esta cual se basa en los fenómenos físicos que ocurren
r,c:tructura que lo represcn
tao itancias entre la
corrielltes
resistencias de >'llstrato y
inductor
1
La
de
los
un indudor un sustrato determinado. en (', interior la
y número TI,
diárlletro
dout.,
int.erior
11=2
una
2:
Por otro por
modelo en la
a
lOS
2
se puede determinar se
2.
:;\1odelado de
Inductores
dos 2.1.
Modelo de
H.
que existe entre cada uno inductuncias mutuas
sumatoria de todas de todas
anterior sc expresa
manera:
+
LT
(1)
en "
,l·.
externo,
o
.. s:
.. w: Ancho " N. del
" .. d:
que existe entre el centro de
,9
"
l1
1:3
{.l
3:
el 1\ Iétodo de
Inductor
3
3
l\IIodelo
Mohan
d(:sarrollo
para
P",wP.")
la ~.
inductor de ciiferentps mcCllcra, como
tot.al de un circulare;
Elínilllos petra este lllétodo.
conocer las
e11
lO
11
s:
entre
lO
w:
se,!2;mento,
11
I
I para el 1\'létoelo ele MohrtIl
4 Variables del
Por
para describir
las
al así como la
11
(J, __ :
Diámetro
lO
"
de NIetal
Inductor.
4
de
os
Id
01[3
mn :\
'BlaUBlU
"
•
•
Mitodo de Modifi cación dé la Forrn 'ula de Wh eeler Viheeler
[91 presento varias formulas para calcular la inductancia de los induc
tores planos, donde princip;;Ilmente estaban de'.tinados a inductores discretos. El modelo de '\IIohan realizo una modificación a la formula prE'''cntada originalmente por " theeler. est.a formula permite obtener una exprE'sión la cual es valida para inductores planos integrados:
L
1\'2 . duv g
(2)
= 11.-1 . /1 0 l + K2 ' p
donde , Xl Y X2 son coeficientes dependientes de la forma del layout; y para un
inductor cuad rado su V; ¡·.or es 2.34 y 275 res pectivam ente , f.1o es la permeabilidad magnética del yac ío.
Método de Expresión Ba.sada en la Apro,'Limación de Curn nt Shf'.et Otra expresión simple y precisa para inductores planos que propone el modplo se puede obtener mediante la aproximación de los lados de las
espiral(,~
por
(CUl
rent sheets) hojas simétricas de densidades de corriente equivalentes [10], Por ejemplo, en el caso de un inductor cuadrado , se tienen cuatro hojas trape zoidales simétricas de corriente , como se muestra en la Fig.5,
""-
I(
1
I!
N
611
'
1I
l'
1
l
1:1
It
;
'\;
./Si
I
.
~ ~
1l1Y
Figura 5: Aproximación Current Sheet
6
2.3.
Modelo de J enei
La s expresiones cid rllétodo de Mohan lb]. Runque son ('xprrsion('s simples no son lo suficientemente exactas para un dlscño de un bloque de RF o no son escal ables. Estas expresiolles oLtcnidas pOI 1'l'Iohall,
SOll
expresIOnes no físicas obtcllid rlS
illtroducielldo un gran nUlllero de factores de ajuste. COll el fill dc sup erar una elec ción no optima de la función de ajuste . Por lo tanto . el objetivo de este m étodo es el desarrollo de una expr esióll silllple outellida mediante par állletros físicos (ge ometría) la cu al pretende ser fácilmente aplicable al diseño de un inductor "1] ]. El punto de inicio de este método, es la segmentación del inductor como en el m étodo de Greenhouse [6], sin embargo, las expresion es de este método se derivan del mas importante caso practico: un inductor con un centro hueco , de un interior arbitraria y con un a determinada longitud. De est.a manera, las variables, del métod o se prpscntan a continuación y gráficamente en la Fig.6: • d out : Diámetro externo del Inductor.
• s: Espaciado entre segmentos .
• w: Ancho del segment o.
• N: Num ero de Vuelta,'). • 1V,: Parte entera del numero de vueltas.
w+sw+s
11
w+sw+s
d in
",t_:
21:1 ,1 ::: d ín
IV! I
I 'J~i, :::
:
Figura 6 Variable¡.; oel In ouctor para el l."Iéto oo de Jenei
donde: d;n = dO'ut
+ 2s - 2(N· s) - 2(N· w)
7
(3)
2.4.
Modelo de Asgaran
Hasta é\,horé\,. se presentó pI mrtodo de sr~mrnté\,c:ión propuesto por Grrrnholls e[Ci j. el cual requiere de un numero de sumatorias determinada,s , lo cual hace q ue el mod elo sea complicado conforme el numero de vuelta-s se incrementa. Altern ct tivamente, se desarrollarOll expresiolles (!VIollan) [8] las cuales SOl1 inadecuadas el! ténllillOs de proporcionar una visión física del diseño del inductor y el comportallliento
Cl!
térrnin os de sus parállletros de diseño. Además de que no son lo suh('ielltelllelltr' preClsas. Por otro lado , también se desarrollaron expresiones basadas en la forma física del inductor (Jenei) [11), sin embargo, carecen de precisión . Por lo tanto. hay un A fuerte búsqueda de expresiones precisas basa.das en la física del inductor para el diseño y optimización de est.os en circuitos integrados, lo cual es precisamente en lo que se basa este método [12]. De esta manera. como requis itos mínimos para este método , se necesita conocer las si¡¡;uientes variables. most radas en la Fig.7
d in
J'
[
Figura 7: Variables del l\Iétodo de Asgaran
• dry
