UltraEM和EMCompiler對變壓器進行阻抗匹配的仿真實例

1 介紹

UltraEM可以建立變壓器工藝模型并仿真生成相應的阻抗圓圖結果文件，EMCompiler可以導入UltraEM生成的阻抗圓圖結果文件并對其進行阻抗匹配。

本文將使用UltraEM和EMCompiler進行聯(lián)合仿真，分別采用電感與電容對變壓器進行阻抗匹配，并比較匹配前后的Q值來確定匹配元件對Q值的影響。

2 UltraEM操作流程

2.1新建工程

依次點擊File > New > Project新建工程，如下圖 2-1。

圖2-1新建工程

2.2 導入設計文件

UltraEM支持導入多種格式的設計文件，包括FDL、GDSII&Map、LEF&DEF，其中FDL是法動EDA軟件特有的格式，這里我們使用FDL格式的文件進行演示。依次點擊 File > Import > FDL 導入設計文件，如圖 2-2所示。

圖2?2導入設計文件

2.3 查看版圖設計

導入后的設計文件版圖如圖 2-3所示，該設計為四端口變壓器。

圖 2?3 版圖

疊層信息如圖 2-4。

圖2?4 疊層信息

2.4仿真設置

依次點擊Solve > Settings，在彈出框可以進行仿真頻率范圍及步長、剖分密度、線程數(shù)等設置等各種設置。此處我們設置仿真頻率如圖 2-5所示，仿真頻率在5GHz~10GHz，步長為1GHz，其他保持默認設置。

圖 2?5 仿真頻率設置

2.5 運行仿真

仿真頻率設置完成后單擊Solve > Run以運行仿真。

圖2?6 運行仿真

2.6 查看仿真結果

仿真完成后，點擊菜單欄的Result > Model Data，在新彈出的網(wǎng)頁中點擊左上角的球形圖標，在彈出窗口中選擇需要查看的參數(shù)結果，這里選擇查看S11參數(shù)，如圖 2-7，點擊Plot Curve之后就會在界面中繪制出變壓器的阻抗圓圖。

圖2?7 查看仿真結果

變壓器的阻抗圓圖如圖 2-8所示。

圖 2?8 阻抗圓圖

圖 2?9 匹配前Q值

2.7 下載snp文件

在EMCompiler進行仿真需要導入S參數(shù)模型，所以我們需要下載生成的結果文件。在繪制結果后可以右鍵單擊結果圖，在彈出的下拉列表中點擊Download File后點擊Done，如圖 2-10。

圖 2?10 下載snp文件

3 EMCompiler操作流程

3.1 采用電感阻抗匹配

3.1.1 新建工程

依次點擊File > New > Project新建工程，將工程文件命名為Match，如圖 3-1。

圖3?1 新建工程文件

3.1.2 新建設計

在新建的工程目錄下依次點擊File > New > Design新建設計，如圖3-2。

圖3?2 新建設計

3.1.3 導入snp文件

依此點擊File > Load S/Y/Z Model，點擊Browse選擇要導入的snp文件后點擊Upload導入，如圖3-3。

圖3?3 導入snp文件

3.1.4 放置模型

在導入snp文件后，EMCompiler會生成對應的參數(shù)模型。在頁面的左下角的Library Panel中選擇 Customized > lib1 中選擇上述的變壓器模型，并在頁面放置模型。

圖3-4 放置模型

3.1.5 放置電感元件

本次仿真采用電感對變壓器模型進行阻抗匹配。在頁面的左下角的Library Panel中選擇Basic components 中選擇電感模型，并在頁面放置模型，效果圖如圖 3-5所示。

圖 3?5 放置電感元件

3.1.6 插入Pin

放置電感元件后依次點擊Insert > Pin，在圖 3?6所示位置依次插入Pin，最終效果圖如圖 3?6。

圖 3?6 插入Pin

3.1.7 定義電感

雙擊電感打開電感參數(shù)對話框如圖 3?7，可以修改電感參數(shù)。本次仿真希望通過改變電感的參數(shù)來對圖 2?8中偏容性點5GHz的點進行阻抗匹配。對于給定工作頻率5GHz，通過調(diào)試確定匹配網(wǎng)絡中的電感值為0.64nH。在參數(shù)對話框中輸入電感值為0.64nH。

圖3-7定義電感值

3.1.8 設置仿真頻率

依次點擊Solve > Freq-Domain Analysis，在彈出對話框仿真頻率在5GHz~10GHz，步長為1GHz如圖 3?8，設置完成后點擊Run運行仿真。

圖 3?8設置仿真頻率

3.1.9 查看仿真結果

仿真完成后，點擊菜單欄的Result > Model Data，在新彈出的網(wǎng)頁中點擊左上角的球形圖標，在彈出窗口中選擇需要查看的參數(shù)結果，這里選擇查看S11參數(shù)，如圖 3?9，點擊Plot Curve之后就會在界面中繪制出阻抗圓圖。

圖 3?9查看仿真結果

用電感進行阻抗匹配的阻抗圓圖如圖 3?10所示。

圖 3?10匹配網(wǎng)絡的阻抗圓圖

對比匹配網(wǎng)絡前后的Q值如圖 3?11，在5GHz點Q值提高，說明通過串聯(lián)電感可以提高匹配網(wǎng)絡的Q值。

圖 3?11 Q值(黑線表示匹配前，藍線表示匹配后)

3.2 采用電容阻抗匹配

3.2.1 繪制原理圖

具體操作與上述3.1.1-3.1.7步驟一致，區(qū)別的地方從串聯(lián)電感變?yōu)椴⒙?lián)電容，最終效果圖如圖3?12所示。

圖3?12效果圖

3.2.2 定義電容

雙擊電容打開電容參數(shù)對話框如圖 3 13，可以修改電容參數(shù)。本次仿真希望通過改變電容的參數(shù)來對圖 2 8中偏感性點15GHz的點進行阻抗匹配。對于給定工作頻率15GHz，通過調(diào)試確定匹配網(wǎng)絡中的電容值為0.18pF。在參數(shù)對話框中輸入電容值為0.18 pF。

圖 3?13 定義電容參數(shù)

3.2.3 仿真并查看結果

按照上述步驟3.1.9操作仿真并查看結果。

圖 3?14 匹配后的阻抗圓圖

對比匹配網(wǎng)絡前后的Q值如圖 3?15，在15GHz點Q值降低，表示并聯(lián)電容會降低匹配網(wǎng)絡的Q值。

圖 3?15 Q值（黑線表示匹配前，藍線表示匹配后）

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審核編輯：湯梓紅