一種預測雙埠晶片懸浮螺旋式電感之感值與共振頻率的方法

Abstract

本發明關於一種預測懸浮電感之共振頻率及其感值的方法。本發明係根據Kramers-Kronig relations、場論以及固態物理所推導而成之物理公式，因此RFIC的設計工程師可輕易地藉由適當的選擇與改變本方法當中之物理參數，以達到電感最佳化設計之目的。更進一步地，不同於其他方法缺乏材料之物理特性的缺點，若設計工程師必須更改電感之材料(鐵磁性材料除外)時，本發明方法亦可以成功預測其感值與共振頻率。 In this invention, a closed-form integral model for on-chip freely suspended rectangular spiral inductor is presented. The model bases on the Kramers-Kronig relations, field theory, and solid state physics to characterize a spiral inductor which RFIC designers could easily have the optimal design utilizing this analytical method. Meanwhile, this model can provide satisfactory prediction to the inductance and self-resonant frequency of the spiral inductor without complicated geometry analysis. Furthermore, unlike conventional formulations only based on circuit parameters, this model could safely predict the inductance and the self-resonant frequency when altering the material (excluding ferromagnetic materials) of a spiral inductor. 【創作特點】 為了解決先前技術之各種問題，本發明所提出之一種預測雙埠晶片懸浮螺旋式電感之感值與共振頻率的方法，係可以輕易地估計多角型螺旋式電感的感值以及共振頻率，且不需要複雜、困難的幾何分析，其中本發明可以縮減電腦模擬或是實驗製程上的時間、人力以及資源的消耗並解決複雜的電路分析問題。 本發明之一目的，係用以決定電感之共振頻率。更進一步地，本發明所提出之方法可以物理觀點提供電路設計者最佳化電感電路分析之要件，並且可以解釋不同之電感材料下所形成之不同的共振頻率。而且，有鑑於正項式表示式的操作程序相當不易於了解以及精確地跟進。因此，本發明不同於正項式表示式，本發明提出之方法可以簡單且清晰之步驟描述由計算電感之共振頻率直到決定電感之感值。且本發明闡述之方法亦可以依照不同形狀之電感，例如：四角形、八角形或是圓形電感，個別決定其共振頻率。 本發明之再一目的，係不僅僅考慮電感幾何參數之影響因素，亦考慮電感之材料特性。更進一步地，本發明提出之方法可以避免複雜的幾何分析，並以嚴謹之數學與物理觀念展現出電感共振頻率以及隨頻率而變化之電感感值。簡言之，本發明之方法可用於估計電感之各種特徵數值而不需要考慮複雜之電路設計，並且提供工程師與電路設計者電感最佳化之方向。 綜上，本發明提供一套新穎且簡單的物理方法以精準地分析、估計射頻晶片螺旋式電感之感值與共振頻率。有別於以往計算螺旋式電感感值的方法與侷限度，當改變電感的材料參數時，本發明亦可提供物理公式以尋求最佳結果。更進一步地，本發明亦為提供計算螺旋式電感之共振頻率方法的先驅者。共振頻率的決定將可以協助電路分析人員以及微波工程師去選擇最為適當的電感頻寬。