硅基片上集成無源器件的PEEC建模與模型縮階.pdf

1、不論是在硅基片上系統(tǒng)（SoC）還是在封裝系統(tǒng)（SiP）中，射頻集成無源器件都在其中扮演著十分重要的作用。在過去的十幾年中，射頻集成系統(tǒng)中的新型無源器件以及各種無源器件的模型建立吸引著研究者們的極大的興趣與廣泛的關(guān)注。射頻集成無源器件的工作特性在很大程度上對于整個系統(tǒng)的性能有著決定性的影響，螺旋電感和變壓器的品質(zhì)因數(shù)就是一個典型的例子。隨著日益提高的工作頻率，射頻設(shè)計中的各種寄生效應(yīng)與襯底、導體中的損耗特性都嚴重地困擾著研究者們。盡管目前

2、的全波電磁仿真軟件變得越來越完善，然而在對于實際問題中可能遇到的大規(guī)模系統(tǒng)進行電磁分析仍然十分費時。而且它們也無法為設(shè)計者們提供對系統(tǒng)中的寄生效應(yīng)具有指導意義的認識和具有直觀物理含義基于混合勢積分方程（MPIE）的部分等效電路算法（PEEC）通過將電路的布局設(shè)計（Layout）轉(zhuǎn)化為包含有電阻、電感、電容的集總電路網(wǎng)絡(luò)，而被廣泛的用于集成無源器件的建模。然而，通過部分等效電路算法產(chǎn)生的集總器件網(wǎng)絡(luò)往往具有數(shù)量十分巨大的節(jié)點數(shù)和器件數(shù)目。

3、這樣就使得傳統(tǒng)的SPICE電路仿真器會花費大量的時間來得到電路網(wǎng)絡(luò)的時域或者頻域響應(yīng)。此外，設(shè)計者們也很難從如此龐大的電路網(wǎng)絡(luò)中獲得電路的主要物理特性。因此，研究者們一直在尋找能夠有效進行模型降階（MOR）的方法，從而大大縮短電路分析的時間。模型降階的研究往往被分為2個方面。一方面是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，通過對系統(tǒng)傳輸函數(shù)特性的分析來獲得降階的方法；另一方面，人們一直嘗試通過直觀的物理的直覺找到更加合適的電路表征形式。 本文主要研究

4、了以下3個方面的內(nèi)容：（1）基于levenberg-marquardt算法得到的離散實鏡像用于計算準靜態(tài)下的多層介質(zhì)的的格林函數(shù);（2）采用包括各種損耗機理的部分元等效電路算法（PEEC）分析一些典型的硅基片上無源器件的頻變特性；（3）將DPEC模型用于大型電路網(wǎng)絡(luò)的模型縮階?；诮y(tǒng)一的復電感、復電容的定義，DPEC模型在保留原有網(wǎng)絡(luò)的頻域響應(yīng)的同時，大大簡化了原有復雜的電路模型。通過對一些典型的硅基片上無源器件（包括了共平面波導（CP