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

本文介紹了采用芯和半導(dǎo)體iModeler軟件進行無源電感Pcell開發(fā)的步驟。通過內(nèi)部豐富的無源電感模板，設(shè)計者可以快速地在任意PDK設(shè)計環(huán)境下生成指定的Pcell版圖，同時進行電磁場仿真分析，提高正向電感設(shè)計的效率。

iModeler無源電感Pcell創(chuàng)建流程

1.啟動工具

iModeler是一款集成在Cadence Virtuoso設(shè)計平臺的工具。首先選擇一個包含PDK的項目路徑并啟動Virtuoso，在主菜單上找到Xpeedic—iModeler啟動入口。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。最后點擊OK，打開無源器件配置界面。

圖1 創(chuàng)建工程界面

2.設(shè)置設(shè)計規(guī)則

iModeler中設(shè)計規(guī)則（DRC）選項支持金屬層和過孔定義，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，過孔包含大小、最小線寬、Overlap距離等設(shè)置。通過設(shè)定這些DRC規(guī)則，可以確保之后進行的電磁場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)計規(guī)則

3.選擇無源電感類型

（1）結(jié)構(gòu)層定義

接著，根據(jù)信號類型，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

編輯完電感類型后，通過點擊Top Metal選項指定電感結(jié)構(gòu)的頂層金屬，軟件會自動根據(jù)工藝文件內(nèi)的信息匹配生成下層金屬和過孔。勾選Center Tapped選項，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提供對電感做進一步優(yōu)化的選項，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M1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支持添加任意類型的輔助層，這些層用于標識器件或半導(dǎo)體工序。本案例中，我們增加兩種類型的輔助層，并對外擴距離進行了設(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，我們增加兩層金屬并實現(xiàn)交錯擺放。圖8所示即為填充效果。

圖7 填充層定義

圖8 填充效果

4.電磁場仿真分析

在完成電感定義后，iModeler中可以對特定尺寸或某個尺寸范圍進行電磁場仿真分析。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 電磁場仿真設(shè)置

圖10 仿真數(shù)據(jù)曲線

5.生成無源電感Pcell

在案例的最后，設(shè)計者可以在配置界面的右下角，點擊Pcell，完成最終的參數(shù)化單元創(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軟件進行無源電感Pcell開發(fā)的步驟。在任意PDK工作環(huán)境下，設(shè)計者通過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Pcell做進一步的電磁場分析。