隨著5G通信、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，WIFI、藍(lán)牙、導(dǎo)航芯片的需求與日俱增。在這些芯片中，無(wú)線收發(fā)模塊是核心部件。為了滿足低功耗，高帶寬，高信噪比等指標(biāo)要求，大量的無(wú)源器件被廣泛地采用。然而，如何處理好無(wú)源電感性能和面積的折中一直是設(shè)計(jì)者面臨的挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)的無(wú)源電感開(kāi)發(fā)存在迭代周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、難以滿足先進(jìn)工藝要求等諸多問(wèn)題，設(shè)計(jì)者急需有一套自動(dòng)工具來(lái)完成無(wú)源電感參數(shù)化版圖（Pcell）生成的工作。

本文介紹了采用芯和半導(dǎo)體iModeler軟件進(jìn)行無(wú)源電感Pcell開(kāi)發(fā)的步驟。通過(guò)內(nèi)部豐富的無(wú)源電感模板，設(shè)計(jì)者可以快速地在任意PDK設(shè)計(jì)環(huán)境下生成指定的Pcell版圖，同時(shí)進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真分析，提高正向電感設(shè)計(jì)的效率。

iModeler無(wú)源電感Pcell創(chuàng)建流程

1.啟動(dòng)工具

iModeler是一款集成在Cadence Virtuoso設(shè)計(jì)平臺(tái)的工具。首先選擇一個(gè)包含PDK的項(xiàng)目路徑并啟動(dòng)Virtuoso，在主菜單上找到Xpeedic—iModeler啟動(dòng)入口。接著選擇電感模板，然后導(dǎo)入電磁仿真工藝文件lyr，該文件可由ITF或iRCX文件轉(zhuǎn)換而來(lái)。最后點(diǎn)擊OK，打開(kāi)無(wú)源器件配置界面。

圖1 創(chuàng)建工程界面

2.設(shè)置設(shè)計(jì)規(guī)則

iModeler中設(shè)計(jì)規(guī)則（DRC）選項(xiàng)支持金屬層和過(guò)孔定義，金屬層包括最小線寬、最大線寬、最小線間距和最大線間距設(shè)置，過(guò)孔包含大小、最小線寬、Overlap距離等設(shè)置。通過(guò)設(shè)定這些DRC規(guī)則，可以確保之后進(jìn)行的電磁場(chǎng)掃描的電感尺寸組合是符合工藝制造要求的。

圖2 金屬層設(shè)計(jì)規(guī)則

3.選擇無(wú)源電感類(lèi)型

（1）結(jié)構(gòu)層定義

接著，根據(jù)信號(hào)類(lèi)型，選擇單端或差分形式；然后選擇電感形狀，包括方形、圓形、八邊形等。本案例中，我們選擇八字形的差分電感。

圖3 結(jié)構(gòu)層定義

（2）導(dǎo)體層定義

編輯完電感類(lèi)型后，通過(guò)點(diǎn)擊Top Metal選項(xiàng)指定電感結(jié)構(gòu)的頂層金屬，軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)工藝文件內(nèi)的信息匹配生成下層金屬和過(guò)孔。勾選Center Tapped選項(xiàng)，可以給差分電感增加中心抽頭。

圖4 導(dǎo)體層定義

（3）屏蔽層定義

除了上述電感建模的基本步驟外，iModeler提供對(duì)電感做進(jìn)一步優(yōu)化的選項(xiàng)，這些設(shè)定涉及屏蔽層、輔助層和填充層。我們選擇屏蔽層PGS1，設(shè)置底層金屬M(fèi)1作為屏蔽材料，設(shè)定線寬和線間距6um，如下是添加屏蔽層后的效果。

圖5 屏蔽層定義

（4）輔助層定義

輔助層是一套完整Pcell不可或缺的部分。iModeler支持添加任意類(lèi)型的輔助層，這些層用于標(biāo)識(shí)器件或半導(dǎo)體工序。本案例中，我們?cè)黾觾煞N類(lèi)型的輔助層，并對(duì)外擴(kuò)距離進(jìn)行了設(shè)定。

圖6 輔助層定義

（5）填充層定義

最后，為了滿足金屬密度的檢查要求，我們?cè)黾觾蓪咏饘俨?shí)現(xiàn)交錯(cuò)擺放。圖8所示即為填充效果。

圖7 填充層定義

圖8 填充效果

4.電磁場(chǎng)仿真分析

在完成電感定義后，iModeler中可以對(duì)特定尺寸或某個(gè)尺寸范圍進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真分析。仿真完畢后，使用芯和的SnpExpert工具可快速查看電感感值和品質(zhì)因數(shù)。

圖9 電磁場(chǎng)仿真設(shè)置

圖10 仿真數(shù)據(jù)曲線

5.生成無(wú)源電感Pcell

在案例的最后，設(shè)計(jì)者可以在配置界面的右下角，點(diǎn)擊Pcell，完成最終的參數(shù)化單元?jiǎng)?chuàng)建。

圖11 快捷生成Pcell

總結(jié)本文介紹了采用芯和半導(dǎo)體iModeler軟件進(jìn)行無(wú)源電感Pcell開(kāi)發(fā)的步驟。在任意PDK工作環(huán)境下，設(shè)計(jì)者通過(guò)DRC規(guī)則定義、結(jié)構(gòu)層定義、優(yōu)化版圖定義等步驟可一步步生成電感Pcell，并能對(duì)Pcell做進(jìn)一步的電磁場(chǎng)分析。