Autor: Diana Mihalache Grupa: 152IC Indrumator: Conf. dr. ing. Gabriela Ciuprina

1. Modelarea Efectelor Campului Electromagnetic de Inalta Frecventa din Componentele Pasive ale Circuitelor Integrate Autor:Diana Mihalache Grupa:152IC Indrumator: Conf. dr. ing. Gabriela Ciuprina Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

2. Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Cuprins: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

3. Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Cuprins: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

4. Elementul electromagnetic de circuit Conditii de frontiera: Marimi caracteristice terminalelor Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

5. Formularea problemelor CODESTAR • Datele problemei: • domeniul de calcul; • proprietatile de material; • conditii de frontiera; • nu exista surse interne; • nu exista conditii initiale de camp • Ecuatiile lui Maxwell: Necunoscutele problemei: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

6. Sistemul ecuatiilor de stare Daca primele m terminale sunt alimentate in tensiune, iar restul (n-m-1) sunt alimentate in curent, vectorul semnalelor de intrare (u) si cel al semnalelor de iesire (y) sunt: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

7. Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Cuprins: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

8. Metoda Integrarilor Finite Discretizarea domeniului in FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

9. Necunoscutele principale ale metodei (gradele de libertate in FIT) • tensiunile electrice asociate muchiilor celulei retelei primare: • fluxurile magnetice asociate fetelor celulei retelei primare: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

10. tensiunile magnetice asociate muchiilor celulei retelei secundare: • fluxurile electrice asociate celulei retelei secundare: • curentii electrici asociati • celulei retelei secundare: • sarcinile electrice asociate • celulei retelei secundare: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

11. Formele discrete ale ecuatiilor lui Maxwell obtinute prin metoda integararilor finite Relatiile constitutive Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

12. Modelul rezistiv cu parametri concentrati Regim electrocinetic stationar - permitivitatea si permeabilitatea de calcul sunt nule Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

13. Modelul inductiv cu parametri concentrati Regim magnetic stationar – permitivitatea de calcul este nula Ecuatia de stare a sistemului Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

14. Modelul capacitiv cu parametri concentrati Regim cuasistationar amagnetic – permeabilitatea de calcul este nula Ecuatia variabilelor de stare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

15. Modele de circuite RLC cu parametri concentrati • Sunt rezolavte trei probleme de camp in regimurile: • electrocinetic (ε = 0, μ = 0); • magnetic stationar (ε = 0) ; • cuasistationar amagnetic (μ = 0). Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

16. Ecuatiile de stare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

17. Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Cuprins: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

18. ASITIC-Analysis and Simulation of Inductors and Transformers in Integrated Circuits • Proiectarea si analiza bobinelor si transformatoarelor la frecvente inalte • Modelarea comportarii electrice si magnetice a structurilor metalice pasive • plasate pe un substrat conductor • Dezvoltat de Ali Niknejad la Universitatea Berkeley • http://rfic.eecs.berkeley.edu/niknejad/asitic.html Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

19. Formatul datelor de intrare • un fisier cu date tehnologice • linie de comanda cu specificarea elementelor de ciruit • - spirala patrata • - spirala poligonala • - spirala patrata simetrica • - spirala poligonala simetrica • - transformator planar • - fire conductoare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

20. Structura fisierului de tehnologie Dimensiunile cipul - dimensiuni pe x si pe y Parametrii straturilor - rezistivitatea [Ωcm] - grosimea stratului [m] - permitivitatea [u.r.] Definirea conductorilor - stratul in care se afla conductorul - rezistivitatea - grosimea conductorului - pozitia in substrat - denumirea metalului Linia de comanda sq name=A:len=170:w=10:s=3:n=3.75:metal=m1:exit=m2:xorg=200:yorg=200 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

21. Formatul rezultatelor • date de analiza • - rezistente si inductivitati in regim stationar • - matricea impedantelor la frecvente dorite • - calculul parametrilor Y, Z, S ai unui dispozitiv • - calculul factorului de calitate • date de optimizare • - optimizarea unei spirale patrate • - optimizarea unui inductor poligonal simetric • date de export • - descrierea geometriei structurii analizate in format CIF Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

22. Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Cuprins: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

23. Influenta unor parametri asupra rezultatelor • Date geometrice: • interconexiune de forma literei U cu sectiunea un patrat de latura 1 μm • doua terminale; • domeniul 19μm x 19μm x 17μm • Materiale: • liniare si izotrope; • material conductor - aluminiu • σ = 3.704·107 S/m • material izolant – oxid de siliciu • σ = 10-4 S/m Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

24. Circuitul cu parametri concentrati Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

25. Analiza in frecventa Impedanta in regim 111/RLC Impedanta in regim 011/LC Impedanta in regim 101/RC Impedanta in regim 110/RL Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

26. Influenta numarului de noduri al retelei de discretizare Evolutia parametrilor in functie de numarul de noduri Evolutia erorilor parametrilor in functie de numarul de noduri Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

27. Influenta domeniului de calcul • Proprietatile materialului pentru: • conditii Dirichlet: • μr = 1000 • εr = 1000 • σ = 10-4S/m • conditii Neumann: • μr = 1 • εr=3.9 • σ = 10-4S/m • conditii Robin: • μr = d/g • εr=3.9·d/g • σ = 10-4S/m Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

28. Variatia inductivitatii cu distanta d Variatia erorii inductivitatii cu distanta d Variatia capacitatii cu distanta d Variatia erorii capacitatii cu distanta d Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

29. Simularea unui inductor spiralat • Date geometrice: • bobina spiralata cu sectiunea un patrat; • trei terminale; • domeniu 330.45μm x 340.15μm x 195.617μm • Materiale: • liniare si izotrope; • material conductor - aluminiu σ = 6.6·107 S/m • Cerinta: • Raspunsul in frecventa si inductivitatea bobinei • pentru un domeniu de frecvente 5GHz – 40GHz Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

30. Rezultate experimentale disponibile pentru inductor spiralat S11-real S11-imaginar S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

31. Q – port 1 L – port 1 Q – port 1 - port 2 L – port 1- port 2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

32. Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

33. Analiza in frecventa Masurare vs. FIT – S11 real Masurare vs. FIT – S11 imaginar Masurare vs. FIT – S12 imaginar Masurare vs. FIT – S12 real Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

34. Masurari vs. FIT – parametrul L Masurari vs. FIT – factor de calitate Q Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

35. Simularea cu ASITIC Valoarea inductivitatii in curent continuu Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

36. Analiza in frecventa εr = 1.45% Asitic vs. FIT – S11 real Asitic vs. FIT – S11 imaginar Asitic vs. FIT – S12 real Asitic vs. FIT – S11 imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

37. SMIrC – Stanford Microwave Integrated Circuitshttp://smirc.stanford.edu/spiralCalc.html • Trei expresii de aproximare s inductivitatii: • Formula Wheeler modificata • Aproximarea cu panze de curent • Aproximarea cu un monom ρ – proportia de umplere ki, Ci, αi, βi – coeficienti dependenti de layout n – numarul de sprire davg= (dout+din)/2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

38. Valorile inductivitatilor in curent continuu Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

39. Modelarea unui rezistor • Date geometrice: • domeniul 90μm x 80μm x 5.437μm • conductor de grosime 0.2 μm • trei terminale • Materiale: • liniare si izotrope; • material conductor - σ = 105 S/m • Cerinta: • Raspunsul in frecventa si inductivitatea bobinei • pentru un domeniu de frecvente 5GHz – 40GHz Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

40. Rezultate experimentale disponibile pentru rezistor S11-imaginar S11-real S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

41. Q – port 1 R – port 1 R – port 1- port 2 Q – port 1 - port 2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

42. Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

43. Analiza in frecventa Masurare vs. FIT – S11 real Masurare vs. FIT – S11 imaginar Masurare vs. FIT – S12 imaginar Masurare vs. FIT – S12 real Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

44. Masurari vs. FIT – parametrul R Masurari vs. FIT – factor de calitateQ Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

45. Modelarea unei linii de transmisie • Date geometrice: • domeniul 8200μm x 46.588μm x 18.74μm • trei terminale • Materiale: • liniare si izotrope; • material conductor - σ = 6.6·107 S/m • Cerinta: • Raspunsul in frecventa si inductivitatea bobinei • pentru un domeniu de frecvente 5GHz – 40GHz Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

46. Rezultate experimentale disponibile pentru linie de transmisie S11-imaginar S11-real S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

47. Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

48. Masurare vs. FIT – parametrul R Masurare vs. FIT – parametrul L Masurare vs. FIT – parametrul C Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

49. Analiza in frecventa Masurare vs. FIT – S11 imaginar Masurare vs. FIT – S11 real Masurare vs. FIT – S12 real Masurare vs. FIT – S12 imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

50. Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Cuprins: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005