510 likes | 646 Views
Modelarea Efectelor Campului Electromagnetic de Inalta Frecventa din Componentele Pasive ale Circuitelor Integrate. Autor: Diana Mihalache Grupa: 152IC Indrumator: Conf. dr. ing. Gabriela Ciuprina. Formularea problemei in camp electromagnetic
E N D
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
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
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
Elementul electromagnetic de circuit Conditii de frontiera: Marimi caracteristice terminalelor Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
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
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
Metoda Integrarilor Finite Discretizarea domeniului in FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
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
Formele discrete ale ecuatiilor lui Maxwell obtinute prin metoda integararilor finite Relatiile constitutive Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Modelul rezistiv cu parametri concentrati Regim electrocinetic stationar - permitivitatea si permeabilitatea de calcul sunt nule Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Modelul inductiv cu parametri concentrati Regim magnetic stationar – permitivitatea de calcul este nula Ecuatia de stare a sistemului Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Modelul capacitiv cu parametri concentrati Regim cuasistationar amagnetic – permeabilitatea de calcul este nula Ecuatia variabilelor de stare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
Ecuatiile de stare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
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
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
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
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
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
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
Circuitul cu parametri concentrati Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
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
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
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
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
Rezultate experimentale disponibile pentru inductor spiralat S11-real S11-imaginar S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Q – port 1 L – port 1 Q – port 1 - port 2 L – port 1- port 2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
Masurari vs. FIT – parametrul L Masurari vs. FIT – factor de calitate Q Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Simularea cu ASITIC Valoarea inductivitatii in curent continuu Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
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
Valorile inductivitatilor in curent continuu Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
Rezultate experimentale disponibile pentru rezistor S11-imaginar S11-real S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Q – port 1 R – port 1 R – port 1- port 2 Q – port 1 - port 2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
Masurari vs. FIT – parametrul R Masurari vs. FIT – factor de calitateQ Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
Rezultate experimentale disponibile pentru linie de transmisie S11-imaginar S11-real S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Masurare vs. FIT – parametrul R Masurare vs. FIT – parametrul L Masurare vs. FIT – parametrul C Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
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
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