[射频IC] 通过Cadence ADE测量变压器Transfomer的性能指标 QLk

背景知识

变压器Transformer的性能指标:

Q_p : 主线圈品质因数, Primary Q
Q_s : 副线圈品质因数, Secondary Q
L_p : 主线圈感值, Primary Inductance
L_s : 副线圈感值, Secondary Inductance
k: 耦合系数, Coupling Coefficient

一个常见的异端进出, 4端口, 八边形的变压器 Opposite 4-port Octagon Transformer

In Virtuoso Layout Editor:

进行电磁仿真(EM)以及QLK测量的前提是Layout能够通过工艺库的DRC, 且端口打上对应的Pin和Label.
电磁仿真的工具可以任意选择, 常用的有EMX, PeakView等, 最后获得一个扩展名为s4p的s参数文件就可以.

流程

1. 电磁仿真结束后, cell中要生成一个n-port的schematic, 去调用s参数文件:
   
   
   这个nport的symbol来自于自带的analogLib, 可以调用s参数文件, 见图中S-parameter data file.

2. 有了schematic之后还要建立它的symbol, 方便再后面的testbench中调用.
   
   我的symbol是EMX自动生成的, 因此n1-n4的位置不合理, 但懒得改了, testbench里连的时候注意一下就行.

3. 新建一个新cellview schematic, n1, n2为输入端, n3 n4为输出端, 输入输出端都要加一个balun (ideal_balun, from analogLib). 注意balun的连接端口不能错, 图中两个balun是水平翻转过的, 接Transformer的一端都是差分的, 接PORT0和PORT1都是单端的.
   

4. ADE sp仿真
   
   其中sp仿真的扫频范围和步长自定, 一般覆盖到想测的那个目标频点就可以了. 这里的扫频设置没有那么重要, 前面为了获得s参数的电磁仿真的扫频设置才重要, 要尽量从0开始, 步长越小越精确. 这里的xfmr我事先知道他的工作频率在3GHz左右, 因此我设置了0-5GHz扫频, step=0.1GHz.
   

5. 最关键的QLK的公式
   Qp=imag(zpm(“sp” 1 1))/real(zpm(“sp” 1 1))
   Qs= imag(zpm(“sp” 2 2))/real(zpm(“sp” 2 2))
   Lp=imag(zpm(“sp” 1 1))/2/3.141593/xval(zpm(“sp” 1 1))
   Ls=imag(zpm(“sp” 2 2))/2/3.141593/xval(zpm(“sp” 2 2))
   k=imag(zpm(“sp” 1 2))/sqrt((imag(zpm(“sp” 1 1))imag(zpm(“sp” 2 2))))

结果