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