变压器参数化模型在射频电路中的作用

一背景

Faraday Dynamics（法动科技）在其射频EDA软件UltraEM中嵌入built-in的变压器模型，补充了PDK ( Process Design Kit)工艺设计包中通常没有built-in的变压器模型的缺憾。

PDK（集成电路工艺设计包）作为连接IC工艺制造和IC设计的数据平台，在实现IC工艺数据／模型与IC设计环境/工具的无缝集成，缩短设计周期，对提高设计效率上具有实际价值。

通常半导体工艺PDK中往往缺少变压器模型，为方便工程师使用，提升设计效率，法动UltraEM电磁仿真软件提供built-in的变压器模型，并且支持客户自定义、可扩展、可复用的参数化库单元进行导入与使用。 二

变压器参数化模型在射频电路中的作用

1	提供用于阻抗匹配的阻抗转换
2	升高或降低电压或电流
3	平衡电路和非平衡电路之间的高效耦合
4	增强共模抑制
3	在电路之间提供直流隔离
5	注入直流电流

三变压器参数化模型介绍

本文介绍了法动UltraEM软件中变压器参数化模型的使用流程。编写好的参数化模型，可作为自定义库单元导入到UltraEM软件中进行使用，不受限于工艺，大大减少了工程师版图设计的工作量。

1.建立库单元

基于Python语言编写的参数化变压器库单元可直接导入UltraEM使用。如图1所示。

图1-建立参数化库单元

2.使用库单元完成参数化建模在库单元中定义好金属层、尺寸等参数，即可得到用户所需的变压器模型，并支持随时修改，如图 2与图 3所示。

图2-内径R定义为80um的变压器

图3-内径R定义为200um的变压器

3.提取S参数模型与性能参数

得到变压器模型后，可直接在UltraEM‍的高速三维全波仿真引擎仿真提取S参数。以设计的工作区间在0.8GHz-2GHz之间的变压器为例，参数设置R:80，W:10，C1:5，C2:4，S参数如图4所示。

图4-版图仿真结果S参数

提取得到的S参数模型可加入原理图做联合仿真，如图5所示。

图5-原理图中的变压器S参数模型

通过UltraEM的Define Quantities功能定义公式，可以利用S/Y/Z参数计算出相关性能参数，例如初级线圈电感Lp、初级线圈品质因数Qp、次级线圈电感Ls、次级线圈品质因数Qs、互感M和耦合系数k，如下图6到图11所示。

图6-初级线圈电感Lp

图7-初级线圈品质因数Qp

图8-次级线圈电感Ls

图9-次级线圈品质因数Qs

图10-互感M

图11-耦合系数k

此项可复用参数化变压器建模技术是2022版本所发布的新内容之一，用户将获得新的感受和便利。 法动科技：

成立于2017年。作为拥有硅谷及斯坦福创新基因的国际一流团队，我们专业提供射频微波电子设计自动化（EDA）软件，凭借自主研发的大容量、快速三维全波电磁仿真引擎和基于人工智能技术的高效系统级仿真引擎，能够在射频微波芯片、封装、高速PCB等领域为用户提供快速准确的电磁仿真、建模及优化设计方案。

同时，我们可以为包括移动通信、物联网、5G、雷达、卫星通信系统和高速数字设计在内的产品提供高水平设计开发服务。

审核编辑 ：李倩