18、片上电感器在射频电路设计中的应用与优化

片上电感器在射频电路设计中的应用与优化

1. 引言

在现代CMOS技术中，片上电感器已成为射频电路设计中不可或缺的一部分。随着通信系统对数据传输速率和带宽的需求不断增加，片上电感器的应用变得越来越广泛。本文将探讨片上电感器在高频下的行为、参数预测方法、FastHenry的使用以及电路仿真中的电感子电路表示，帮助读者更好地理解和应用这一关键技术。

2. 高频效应

2.1 趋肤效应

趋肤效应是指在高频下，电流趋向于导体表面流动的现象。这种效应会导致导体的有效电阻增加，从而影响电感器的性能。具体来说，趋肤深度定义为电流密度从导体表面降到边缘电流密度的1/e倍的距离。趋肤深度的计算公式如下：

[ \delta = \sqrt{\frac{2\rho}{\omega\mu}} ]

其中，(\rho)是导体的电阻率，(\omega)是角频率，(\mu)是磁导率。随着频率的增加，趋肤深度减小，电流集中在导体表面，导致有效电阻增大。

2.2 涡流效应

涡流效应是高频交流电流在片上平面线圈中引起的涡流，这些涡流会进一步影响电感器的性能。涡流效应在高频下尤为显著，尤其是在内圈部分。图1展示了趋肤效应和涡流效应对电流分布的影响。

graph TD;
    A[高频交流电流] --> B[趋肤效应];
    A --> C[涡流效应];
    B --> D[电流集中在导体表面];
    C --> E[电流集中在内圈];

涡流效应会导致电感