Lumped Equivalent Circuit of Planar Spiral Inductor for CMOS RFIC Application

A lumped π-type equivalent circuit of planar spiral inductor for CMOS RFIC application is developed by the domain decomposition method for conformal modules （DDM-CM）. Closed form expressions of lumped parameters for a square spiral inductor on a Si-SiO2 substrate are obtained and verified with the previously published experimental results.

Analysis of substrate eddy effects and distribution effects in silicon-based inductor model

The concepts of substrate eddy influence factor and distribution-effects-occurring frequency are presented. The effects of substrate resistivity and inductor spiral length on the substrate eddy and distribution effects are captured. The substrate eddy influence factors of an inductor （6 turn, 3 060 μm in length） fabricated on low （ 1 Ω. cm） and high resistivity（ 1 000 Ω.cm） silicon substrates are 0. 3 and 0. 04, and the distribution-effects- occurring frequencies are 1.8 GHz and 14. 5 GHz, respectively. The measurement results show that the equivalent circuit model of the inductor on low resistivity silicon must take into consideration substrate eddy effects and distribution effects. However, the circuit model of the inductor on high resistivity silicon cannot take into account the substrate eddy effects and the distribution effects at the frequencies of interest. Its simple model shows agreement with the measurements, and the contrast is within 7%.

基于水性功能油墨的气溶胶喷印工艺的研究及应用

气溶胶喷印水性功能油墨能为微纳柔性电子技术提供更环保的解决方案,但在油墨特性及复杂的打印参数共同作用下,其打印连续性、迹线成形、过度喷涂方面的缺陷亟待解决。基于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水性油墨,通过控制变量法系统地探究了适用于气溶胶喷印的水性油墨黏度(1~10 mPa·s)并优化了喷印工艺,总结出水性油墨黏度与气溶胶喷印的最优参数范围设置规律,并据此进行了水性纳米银油墨的喷印,制备了外径为1.96 mm的平面螺旋电感,表征了其电感及品质因数,测试结果与仿真结果有良好的一致性,其电感在0.024μH左右,可应用于射频识别(RFID)、滤波以及感应元件等领域。该结果为气溶胶喷印水性功能油墨的研究提供了前期的实验支持,有望推动气溶胶喷印在微纳柔性电子技术中的发展。

基于双层平面螺旋电感的无线柔性压力传感器结构设计

新型柔性传感器在电子皮肤、智能纺织、柔性机器人等领域得到了广泛的研究。目前多数传感器需要连接刚性的采集电路,这限制了设备柔软性、舒适性和轻盈度的提升。提出了一种基于双层平面螺旋电感的柔性无线无源压力传感器。该传感包含三层柔性层:双层平面螺旋电感(天线层)、高磁导率铁氧体膜和弹性织物层。其中,双层平面螺旋电感层包括两个旋转方向相反的平面线圈,形成具有大电感量、大电容量的LC谐振器。外界压力载荷改变传感器的谐振频率,进而被外界接收线圈无线检测。通过研究四种双层螺旋电感天线层的结构设计,传感器的灵敏度最大可达到0.11 MHz/k Pa,检测距离达到18 mm。这种基于双层平面螺旋电感的柔性无线无源压力传感器打破了有线电气连接的限制,可在下一代医疗系统、智能机器人等领域中发挥巨大的应用潜能。

一种基于物理模型与遗传算法的平面螺旋电感的优化技术

针对 CMOS RF平面螺旋电感的物理模型 ,提出了一种使用遗传算法优化电感设计参数的优化技术 .应用这种技术 ,人们无需再通过等 Q值线来求取 Q值最佳的电感设计方案 ,因为等 Q值线的计算代价很高 ,而且一旦工艺条件改变 ,所有的等 Q值线都要重新计算 ,效率很低 .而这里提出的优化技术在计算时并没有将所有的电感版图设计方案都计算一遍 ,因而计算效率大大提高 .计算结果与相应设计方案的测量参数比较 ,只有约 5 %的计算误差 .计算结果与相同条件下的等 Q值线的最佳设计方案比较 ,这种优化技术总能得出与之基本一致的最佳方案 .事实上 ,由于这种优化技术的灵活性 ,“真正”的最佳设计方案只能由这种优化技术得出 ,而等 Q值线只能得出“相对”

一种基于二分搜索法的平面螺旋电感的快速优化技术

针对平面螺旋电感的物理模型和Jenei等提出的闭式电感公式 ,提出了一种基于二分搜索法在工艺参数和工作频率确定的条件下快速优化电感版图参数的技术 .实验证明Jenei公式的计算速度比Greenhouse方法提高了大约两个数量级并且能够提供相当的精度 .对Jenei公式进一步数学分析证明在工艺参数和工作频率确定的条件下可以用二分搜索法快速地找出满足电感值和其他约束条件的所有版图参数 ,并从中选出Q值最大的一组 .

13.56MHz RFID读写器天线的设计与仿真

为提高13.56 MHz RFID读写器天线的发射效率,并使其天线在实验室易于研发和试制,对13.56 MHz RFID天线系统的工作原理进行了简要介绍,在此基础上,把13.56 MHz RFID读写器天线线圈等效为PCB平面螺旋电感,利用HFSS软件建立模型并仿真得出电感值L、品质因子Q值等参数。其仿真结果得到的电感值与理论计算值相差0.03μH,在可接受的范围内。考虑到实际天线产生的寄生电容,提出了在天线末端加开路补偿线圈的方法,避免因寄生电容产生地电流而使天线线圈的磁场强度降低,仿真结果证实了该方法的可行性。

自适应磁耦合谐振无线电能传输系统研究

研究了基于距离检测的自适应磁耦合谐振无线电能传输系统。首先采用耦合模理论分析磁耦合谐振无线电能传输系统的传输特性。随后运用ADS仿真软件和负载牵引技术设计制作E类功率放大器。然后利用PCB印制平面螺旋电感构造高品质因数、高集成度谐振体。针对频率分裂现象,采用超声波传感器进行传输距离检测,基于专家控制算法提出频率自适应调节方案以提高传输效率。最后采用FPGA处理器和直接数字频率合成技术实现动态频率调节。实验结果表明在频率分裂距离内,相对于固定频率,提出方案明显提高了传输效率。

一种通过光刻工艺实现细线宽的厚膜布线技术

采用传统厚膜布线工艺通常可实现150μm的线宽,而达到50μm以下的线宽是非常困难的。文章介绍了一种利用光刻技术结合厚膜工艺实现10～50μm线宽的技术,并给出了该项技术在实际产品中的应用实例。

非接触无源压力传感器信号检测系统的耦合特性研究

非接触无源压力传感器信号检测系统利用电磁耦合原理实现了无源传感器信号的无线检测,克服了有线测量存在的安全性差、效率低等缺点。通过建立和分析该系统的互感模型,得知发射和接收线圈之间的互感系数是影响信号传输效率的主要因素。为了实现系统的高效信号传输,应尽量提高互感系数。利用互感理论研究了两线圈的形状参数及耦合距离对两平行共轴矩形平面螺旋电感线圈的互感系数的影响,并用MATLAB软件进行了仿真分析。研究结果表明,为了使两线圈的耦合性能最好,两线圈的设计参数应相同,设计时应尽量使两线圈距离接近的同时,增大线圈的外边长和匝数。

用于智能钥匙柜的RFID天线设计与实现

为了使13.56 MHz射频识别天线适合于智能钥匙柜应用中,对13.56 MHz PCB天线的工作原理、作用机理进行了简单的介绍,然后对应用于智能钥匙柜的13.56 MHz平面螺旋电感天线进行了理论分析计算、CST三维电磁场仿真、匹配电路仿真,最后通过矢量网络分析仪对设计的13.56 MHz射频天线进行测试,测试结果表明设计的13.56 MHz天线达到了设计的要求,能够用于智能钥匙柜识别天线中。

植入式神经电刺激器的螺旋电感设计

针对植入式神经电刺激器的经皮能量传输对电感线圈小型化、集成化的要求,介绍了一种在PROTEL99SE中设计印制板无芯平面圆形螺旋电感的方法,并对该电感的电气特性参数作了计算与实际测量。结果证明其电感量理论计算值与实测值具有很好的一致性。

硅衬底CMOS射频集成电路中金属厚度对平面螺旋电感Q值的影响

该文着重分析金属线厚度对Q值的影响.为此设计了三组电感,它们的金属线厚度分别为51、0和20μm,并用Ansoft HFSS软件进行FEM(finite element method)的仿真.仿真的结果表明,金属线厚度对电感Q值的影响在很大程度上取决于电感内径的大小.因此当金属线厚度超过10μm时,通过进一步增加金属线厚度来改善Q值仍是可能的.

MEMS无源无线压力传感器研究

无源无线压力传感器是一种能应用在密闭和恶劣环境中的新型传感器。设计了一种通过电感耦合传输能量的传感器结构。该结构由一个电容和一个电感形成串联回路,通过谐振频率的变化表征出被测环境量的变化。对该结构的尺寸参数做出了优化,在工艺限制下获得了较高的Q值,并给出了制作该器件的工艺流程。理论上该传感器的灵敏度达到63.7 kHz/psi.

基于FPGA的平面螺旋电感式微位移传感器系统

基于平面螺旋电感和现场可编程门阵列（FPGA）技术,系统设计了一种以频率为输出的电感式微位移传感器,实现了电感式传感器的数字化输出与检测。系统主要由位移/电感转换模块、电感检测电路、差频模块、FPGA四部分组成,并在FPGA系统中搭建NIOSⅡ软核,对采集所得数据进行处理。实验证明：系统具有灵敏度高,温度稳定性好等特点,其测量范围为0～15 mm,在0～6 mm范围内,最大误差为0.03 mm,分辨率达到10μm。

高Q值平面螺旋电感的多电流路径结构设计

通过将平面螺旋电感器中的单股宽导线分成并联的多条细导线而在电感中形成多电流路径结构,可以降低电感的高频损耗并提高其品质因数(Q值)。利用HFSS电磁仿真软件对具有多电流路径结构的螺旋电感进行了设计与优化。结果表明,在尺寸不变的情况下,采用了多电流路径结构的平面螺旋电感的Q值提高了80%以上,这为高Q值小型平面螺旋电感的研制提供了思路。

精确高效的渐变结构片上螺旋电感的电感值分析技术

与传统的金属线宽和间距固定不变的无源片上螺旋电感相比,线宽和间距由外圈到内圈渐变的新型结构电感能有效提高电感品质因子.这种新结构电感的出现使得Jenei等人提出的闭合电感公式已不再适用于其电感值的计算,而改进的Wheeler公式计算误差又较大.针对这种情况,文中提出了一种以圈为单位分圈迭代求自感,用整体平均法计算互感的平面螺旋电感的电感值计算方法.该算法分析值与HFSS仿真值相比,误差小于3%,与样品测量值相比,误差小于4%.因此该算法具有计算速度快、精度高的特点,能用于渐变结构片上螺旋电感的高效设计,并可缩短设计周期.

平面绕型对RFIC螺旋电感电性能的影响

基于RF集成电路硅衬底螺旋电感(SIOS)的典型物理模型,用HFSS(High Frequency Structure Simulator)对中空平面四边形、八边形和圆形螺旋电感的电性能进行了模拟计算,结果与理论分析吻合.在内半径相同的情况下,圆形螺旋电感最大品质因数Q分别比四边形和八边形增加约0.90和0.80倍;在最大品质因数频率点,圆形螺旋电感端口反射系数分别比四边形和八边形减小约32.5%和26.6%,金属材料用量分别比四边形和八边形减少约30%和20%;当Q>5时,圆形螺旋电感的工作带宽分别比四边形和八边形增大约60%和30%.

切换式调谐CMOS压控振荡器

在现有的CMOSRF工艺条件下,利用"切换式调谐"设计思想完成了宽带调谐的压控振荡器(VCO)的电路设计和版图设计,用CandenceSpectreRF软件进行了模拟。结果表明,该VCO在保证其它性能指标的同时,实现了宽的频率覆盖。

GHz波段nH量级两种平面圆形螺旋电感性能比较

以硅衬底螺旋电感(SIOS)的紧凑集总模型为基础,借助任意三维无源器件全波电磁(EM)场仿真器HFSS(HighFrequencyStructureSimulator),对差分对称圆形、普通平面圆形两种螺旋电感进行了对比研究.结果表明:品质因数(QF)和3dB带宽(BW)前者明显优于后者,电感值L后者明显优于后者,自激振荡频率(SRF)两者基本相当.采用文中参数,前者较后者QF提高146.1%,SRF提高31.9%,但后者L值能达到前者3倍以上.模拟结果与理论分析相吻合.