Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

Παρουσίαση με θέμα: "Proiect de Diploma -1 Iunie 2005"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Modelarea Efectelor Campului Electromagnetic de Inalta Frecventa din Componentele Pasive ale Circuitelor Integrate Autor: Diana Mihalache Grupa: 152IC Indrumator: Conf. dr. ing. Gabriela Ciuprina Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Cuprins: Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

3 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Cuprins: Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

4 Elementul electromagnetic de circuit
Conditii de frontiera: Marimi caracteristice terminalelor Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

5 Formularea problemelor CODESTAR
Datele problemei: domeniul de calcul; proprietatile de material; conditii de frontiera; nu exista surse interne; nu exista conditii initiale de camp Ecuatiile lui Maxwell: Necunoscutele problemei: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

6 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Sistemul ecuatiilor de stare Daca primele m terminale sunt alimentate in tensiune, iar restul (n-m-1) sunt alimentate in curent, vectorul semnalelor de intrare (u) si cel al semnalelor de iesire (y) sunt: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

7 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Cuprins: Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

8 Metoda Integrarilor Finite
Discretizarea domeniului in FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

9 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Necunoscutele principale ale metodei (gradele de libertate in FIT) tensiunile electrice asociate muchiilor celulei retelei primare: fluxurile magnetice asociate fetelor celulei retelei primare: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

10 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
tensiunile magnetice asociate muchiilor celulei retelei secundare: fluxurile electrice asociate celulei retelei secundare: curentii electrici asociati celulei retelei secundare: sarcinile electrice asociate celulei retelei secundare: Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

11 Formele discrete ale ecuatiilor lui Maxwell obtinute prin metoda
integararilor finite Relatiile constitutive Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

12 Modelul rezistiv cu parametri concentrati
Regim electrocinetic stationar - permitivitatea si permeabilitatea de calcul sunt nule Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

13 Modelul inductiv cu parametri concentrati
Regim magnetic stationar – permitivitatea de calcul este nula Ecuatia de stare a sistemului Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

14 Modelul capacitiv cu parametri concentrati
Regim cuasistationar amagnetic – permeabilitatea de calcul este nula Ecuatia variabilelor de stare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

15 Modele de circuite RLC cu parametri concentrati
Sunt rezolavte trei probleme de camp in regimurile: electrocinetic (ε = 0, μ = 0); magnetic stationar (ε = 0) ; cuasistationar amagnetic (μ = 0). Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

16 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Ecuatiile de stare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

17 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Cuprins: Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

18 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
ASITIC-Analysis and Simulation of Inductors and Transformers in Integrated Circuits Proiectarea si analiza bobinelor si transformatoarelor la frecvente inalte Modelarea comportarii electrice si magnetice a structurilor metalice pasive plasate pe un substrat conductor Dezvoltat de Ali Niknejad la Universitatea Berkeley Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

19 Formatul datelor de intrare
un fisier cu date tehnologice linie de comanda cu specificarea elementelor de ciruit - spirala patrata - spirala poligonala - spirala patrata simetrica - spirala poligonala simetrica - transformator planar - fire conductoare Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

20 Structura fisierului de tehnologie
Dimensiunile cipul - dimensiuni pe x si pe y Parametrii straturilor - rezistivitatea [Ωcm] - grosimea stratului [m] - permitivitatea [u.r.] Definirea conductorilor - stratul in care se afla conductorul - rezistivitatea - grosimea conductorului - pozitia in substrat - denumirea metalului Linia de comanda sq name=A:len=170:w=10:s=3:n=3.75:metal=m1:exit=m2:xorg=200:yorg=200 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

21 Formatul rezultatelor
date de analiza - rezistente si inductivitati in regim stationar - matricea impedantelor la frecvente dorite - calculul parametrilor Y, Z, S ai unui dispozitiv - calculul factorului de calitate date de optimizare - optimizarea unei spirale patrate - optimizarea unui inductor poligonal simetric date de export - descrierea geometriei structurii analizate in format CIF Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

22 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Cuprins: Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

23 Influenta unor parametri asupra rezultatelor
Date geometrice: interconexiune de forma literei U cu sectiunea un patrat de latura 1 μm doua terminale; domeniul 19μm x 19μm x 17μm Materiale: liniare si izotrope; material conductor - aluminiu σ = 3.704·107 S/m material izolant – oxid de siliciu σ = 10-4 S/m Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

24 Circuitul cu parametri concentrati
Parametrul calculat FIT Metoda analitica a = 0.5 μm a = √2 ·0.5 μm a = 1/√π μm R[Ω] 5.83·10-1 7.91·10-1 3.95·10-1 6.21·10-1 Eroare fata de FIT 35.70% 32.15% 6.58% L[nH] 4.54 6.05 4.66 5.56 33.24% 2.69% 22.59% C[pF] 5.33·10-4 1.31·10-4 1.96·10-4 1.47·10-4 75.42% 63.27% 72.44% Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

25 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Analiza in frecventa Impedanta in regim 111/RLC Impedanta in regim 011/LC Impedanta in regim 101/RC Impedanta in regim 110/RL Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

26 Influenta numarului de noduri al retelei de discretizare
Evolutia parametrilor in functie de numarul de noduri Evolutia erorilor parametrilor in functie de numarul de noduri Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

27 Influenta domeniului de calcul
Proprietatile materialului pentru: conditii Dirichlet: μr = 1000 εr = 1000 σ = 10-4S/m conditii Neumann: μr = 1 εr=3.9 conditii Robin: μr = d/g εr=3.9·d/g Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

28 Variatia inductivitatii cu distanta d
Variatia erorii inductivitatii cu distanta d Variatia capacitatii cu distanta d Variatia erorii capacitatii cu distanta d Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

29 Simularea unui inductor spiralat
Date geometrice: bobina spiralata cu sectiunea un patrat; trei terminale; domeniu μm x μm x μm Materiale: liniare si izotrope; material conductor - aluminiu σ = 6.6·107 S/m Cerinta: Raspunsul in frecventa si inductivitatea bobinei pentru un domeniu de frecvente 5GHz – 40GHz Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

30 Rezultate experimentale disponibile pentru inductor spiralat
S11-real S11-imaginar S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

31 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
L – port 1 Q – port 1 Q – port 1 - port 2 L – port 1- port 2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

32 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

33 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Analiza in frecventa Masurare vs. FIT – S11 real Masurare vs. FIT – S11 imaginar Masurare vs. FIT – S12 real Masurare vs. FIT – S12 imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

34 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Masurari vs. FIT – parametrul L Masurari vs. FIT – factor de calitate Q Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

35 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Simularea cu ASITIC Valoarea inductivitatii in curent continuu Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

36 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Analiza in frecventa εr = 1.45% Asitic vs. FIT – S11 real Asitic vs. FIT – S11 imaginar Asitic vs. FIT – S12 real Asitic vs. FIT – S11 imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

37 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
SMIrC – Stanford Microwave Integrated Circuits Trei expresii de aproximare s inductivitatii: Formula Wheeler modificata Aproximarea cu panze de curent Aproximarea cu un monom ρ – proportia de umplere ki, Ci, αi, βi – coeficienti dependenti de layout n – numarul de sprire davg= (dout+din)/2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

38 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Valorile inductivitatilor in curent continuu Masurari FIT ASITIC SMIrC L 2.961÷2.995nH nH 3.071nH 3.14nH Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

39 Modelarea unui rezistor
Date geometrice: domeniul 90μm x 80μm x 5.437μm conductor de grosime 0.2 μm trei terminale Materiale: liniare si izotrope; material conductor - σ = 105 S/m Cerinta: Raspunsul in frecventa si inductivitatea bobinei pentru un domeniu de frecvente 5GHz – 40GHz Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

40 Rezultate experimentale disponibile pentru rezistor
S11-real S11-imaginar S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

41 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
R – port 1 Q – port 1 R – port 1- port 2 Q – port 1 - port 2 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

42 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

43 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Analiza in frecventa Masurare vs. FIT – S11 real Masurare vs. FIT – S11 imaginar Masurare vs. FIT – S12 real Masurare vs. FIT – S12 imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

44 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Masurari vs. FIT – parametrul R Masurari vs. FIT – factor de calitate Q Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

45 Modelarea unei linii de transmisie
Date geometrice: domeniul 8200μm x μm x 18.74μm trei terminale Materiale: liniare si izotrope; material conductor - σ = 6.6·107 S/m Cerinta: Raspunsul in frecventa si inductivitatea bobinei pentru un domeniu de frecvente 5GHz – 40GHz Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

46 Rezultate experimentale disponibile pentru linie de transmisie
S11-real S11-imaginar S12-real S12-imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

47 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Rezolvare cu FIT Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

48 Masurare vs. FIT – parametrul R Masurare vs. FIT – parametrul L
Masurare vs. FIT – parametrul C Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

49 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Analiza in frecventa Masurare vs. FIT – S11 imaginar Masurare vs. FIT – S11 real Masurare vs. FIT – S12 real Masurare vs. FIT – S12 imaginar Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

50 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Cuprins: Formularea problemei in camp electromagnetic Analiza numerica a campului electromagnetic prin metoda integrarilor finite ASITIC Modelarea structurilor pasive ale circuitelor integrate Concluzii Proiect de Diploma -1 Iunie 2005

51 Proiect de Diploma -1 Iunie 2005
Concluzii Proiectul prezinta corelarea cantitativa dintre rezultatele masuratorilor si rezultalele simularilor unor componente pasive de pe cipuri: o bobina, un rezistor si o linie de transmisie. Metoda integrarilor finite (FIT) este o metoda de simulare eficienta care are la baza teoria elementului electromagnetic de circuit. ASITIC este un program rapid de analiza si proiectare a bobinelor si transformatoarelor din circuitele integrate ce functioneaza la frecvente ridicate. Programul dezvoltat la Stanford reprezinta o metoda foarte rapida de a estima inductivitatea bobinelor de forma spiralata patratica, hexagonala si octogonala. Cei mai importanti parametri: numarul de noduri al retelei de discretizare si marimea domeniului de calcul influenteaza in mod pozitiv rezultatele simularilor. Proiect de Diploma -1 Iunie 2005