专利名称：射频电感的电路模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电路模型，具体涉及一种射频电感的电路模型。
背景技术：
射频电感器件是射频CMOS或BiCMOS集成电路的重要元件，广泛应用在压控振荡器及低噪声放大器等各种射频电路模块中。由于在高频时电流趋于在金属电阻的表面流动，从而增加了高频电阻值，降低了电感的品质因数，这一现象被称之为电阻的趋肤效应。对于电阻具有趋肤效应这一特性， 从模型角度上提出的解决方案很多，常见的方法为在直流电阻两端并联一条或多条电流支路，该电流支路包含一个电感和一个电阻串联。现有的射频电感的电路模型结构如图1所示，在直流电阻Rmain两端并联一条或多条电流支路，该电流支路包括相互串联的电感Rs和电阻Ls。该电路模型主要考虑了电阻在高频时的趋肤效应对电感特性带来的影响。其中 LsU Ls2和Rsl、Rs2即为模拟趋肤效应的元件。但是，为了获得大感值的射频电感，需采用较多圈数的金属线圈。而多圈的电感， 特别是多圈的差分电感会受到电流临近效应的影响。电流临近效应的原理是高频时相临的两条电流支路会互相影响，影响电流和磁场的分布。如图2所示，外圈金属线圈的电流所形成的向下的磁场作用于内部的金属线圈， 在内圈的金属线圈产生涡流，导致内圈的电流密度发生变化。内圈受涡流电流的影响，导致靠近内侧与靠近外侧部分的电流密度不相等。在某些情况下，涡流电流值会抵消掉大部分正向电流，使电感的有效长度减小，不仅使射频电感的有效感值减小，而且使电感的品质因数降低。根据统计数据显示，由于电流临近效应的影响，宽度大的电感与宽度小的电感相比，在圈数增加以后电感的品质因数下降更快。现有的射频电感的电路模型，对于电流临近效应没有很好地模拟。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频电感的电路模型，它可以准确地模拟电流临近效应对电感性带来的影响。为解决上述技术问题，本发明射频电感的电路模型的技术解决方案为 包括PI型电路，所述PI型电路内的低频电感Lmain与两个子电路模块彼此串联， 两个子电路模块用于模拟射频电感金属线圈的趋肤效应；第一子电路模块包括直流电阻 R11,直流电阻R11的两端先并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第一电感Lsl和第一趋肤电阻Rsl ；在所述电流支路上的趋肤电阻Rsl的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的另一电感和另一趋肤电阻；第二子电路模块的电路模型结构与第一子电路模块完全相同； 第二子电路模块的元件参数值与第一子电路模块的元件参数值互相相关，第一子电路模块的元件参数值为不考虑电流临近效应时的原参数值R、Rs、Ls乘以系数α得到，第二子电路模块的元件参数值为不考虑电流临近效应时的原参数值R、Rs、Ls乘以(l-α)得到；通过不同的元件参数值来改变主支路电流，以模拟高频下电流临近效应的影响；其中，系数α的取值范围为0 < α < 1。所述PI型电路为双PI型电路或者单PI型电路。在所述第一趋肤电阻(Rsl)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第二电感(Ls2)和第二趋肤电阻(Rs2)；在所述第二趋肤电阻(Rs2)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第三电感(LU)和第三趋肤电阻(Rs3)；在所述第三趋肤电阻(Rs3)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第四电感 (Ls4)和第四趋肤电阻(Rs4)。所述系数α的大小根据电流临近效应的大小进行调整，以拟合不同大小的电流临近效应。当电流临近效应的影响小到可以忽略时，所述α取值为0.5。本发明可以达到的技术效果是本发明将两个描述射频电感趋肤效应的子电路模块串联在一起，两个模块的电路形式完全一致，只是元件参数的系数不同。本发明能够有效地模拟电流临近效应对射频电感特性带来的影响，提高电感模型物理性，从而提高其高频拟合精度。本发明能够描述电阻的趋肤效应和电流临近效应的共同影响。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是现有技术射频电感的电路模型结构示意图；图2是电流临近效应在射频电感中的影响示意图；图3是本发明射频电感的电路模型的示意图。图中附图标记说明Lmain为低频电感，R为直流电阻，Ls为电感，Rs为趋肤电阻。
具体实施例方式如图3所示，本发明射频电感的电路模型，包括PI型电路，PI型电路内的低频电感 Lmain与两个子电路模块①、②彼此串联，两个子电路模块用于模拟射频电感金属线圈的趋肤效应；第一子电路模块①包括直流电阻R11,直流电阻R11的两端先并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的电感Lsl和趋肤电阻Rsl ；在趋肤电阻Rsl的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的电感Ls2和趋肤电阻Rs2 ；以此类推，在趋肤电阻Rs2 的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的电感Ls3和趋肤电阻Rs3 ； 第二子电路模块②的电路模型结构与第一子电路模块①完全相同，但是其元件参数值有所不同；
两个子电路模块的元件参数值互相相关，第一子电路模块①的元件参数值为不考虑电流临近效应时的原参数值R、Rs、Ls乘以系数α得到，第二子电路模块②的元件参数值为不考虑电流临近效应时的原参数值R、Rs、Ls乘以(l-α)得到。通过不同的元件参数值来改变主支路电流以模拟高频下电流临近效应的影响。其中，系数α的取值范围为0 < α < 1。第一子电路模块①表示金属线圈靠近内侧的电流密度，第二子电路模块②表示金属线圈靠近外侧的电流密度，在第一子电路模块①和第二子电路模块②两者共同作用下， 形成新的电流。根据电流临近效应的大小，可以调整系数α的大小，从而拟合不同大小的电流临近效应；当电流临近效应的影响小到可以忽略时，α取值为0. 5，此时两个直流电阻Iima与 Rn*(l-a)相等，与其并联的模拟趋肤效应的元件电感I^a和电阻Ls*a也分别与电感& 。) 和电阻Ls#(1_a)相等。如图3所示为双PI型电路，其中的每个低频电感Lmain分别串联两个模拟趋肤效应的子电路模块，其中Lmainl串联第一子电路模块①和第二子电路模块②，Lmain3串联第三子电路模块③和第四子电路模块④，形成双PI型模拟差分电感的模型电路。当然也可以是单PI型电路，将低频电感Lmain与两个模拟趋肤效应的子电路模块进行串联。本发明中的两个直流电阻、Rm(1_a)之和为不考虑电流临近效应时的原值R11, 即相当于现有技术中的直流电阻Rmain，与现有的射频电感模型相比，本发明的电路模型与物理效应相对应，具有较强的物理性。
权利要求
1.一种射频电感的电路模型，包括PI型电路，其特征在于所述PI型电路内的低频电感(Lmain)与两个子电路模块彼此串联，两个子电路模块用于模拟射频电感金属线圈的趋肤效应；第一子电路模块包括直流电阻(R11),直流电阻(R11)的两端先并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第一电感(Lsl)和第一趋肤电阻(Rsl)；在所述电流支路上的趋肤电阻(Rsl)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的另一电感和另一趋肤电阻；第二子电路模块的电路模型结构与第一子电路模块完全相同；第二子电路模块的元件参数值与第一子电路模块的元件参数值互相相关，第一子电路模块的元件参数值为不考虑电流临近效应时的原参数值(R、Rs、Ls)乘以系数α得到，第二子电路模块的元件参数值为不考虑电流临近效应时的原参数值(R、Rs、Ls)乘以(l-α)得到；通过不同的元件参数值来改变主支路电流，以模拟高频下电流临近效应的影响；其中，系数α的取值范围为0 < α < 1。
2.根据权利要求1所述的射频电感的电路模型，其特征在于所述PI型电路为双PI型电路或者单PI型电路。
3.根据权利要求1或2所述的射频电感的电路模型，其特征在于在所述第一趋肤电阻(Rsl)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第二电感(Ld)和第二趋肤电阻(Rs2)；在所述第二趋肤电阻(Rs2)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第三电感(Ls3)和第三趋肤电阻(Rs3)；在所述第三趋肤电阻(Rs3)的两端再并联一条电流支路，该电流支路包括相互串联的第四电感(Ls4)和第四趋肤电阻(Rs4)。
4.根据权利要求1所述的射频电感的电路模型，其特征在于所述系数α的大小根据电流临近效应的大小进行调整，以拟合不同大小的电流临近效应。
5.根据权利要求1所述的射频电感的电路模型，其特征在于当电流临近效应的影响小到可以忽略时，所述α取值为0.5。
全文摘要
本发明公开了一种射频电感的电路模型，包括PI型电路，所述PI型电路内的低频电感与两个子电路模块彼此串联，两个子电路模块用于模拟射频电感金属线圈的趋肤效应；第二子电路模块的电路模型结构与第一子电路模块完全相同；第二子电路模块的元件参数值与第一子电路模块的元件参数值互相相关；通过不同的元件参数值来改变主支路电流，以模拟高频下电流临近效应的影响。本发明将两个描述射频电感趋肤效应的子电路模块串联在一起，能够有效地模拟电流临近效应对射频电感特性带来的影响，提高电感模型物理性，从而提高其高频拟合精度。
文档编号H01F37/00GK102412052SQ20111024388
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者李平梁, 蔡描 申请人:上海华虹Nec电子有限公司