UltraEM和EMCompiler对变压器进行阻抗匹配的仿真实例

1 介绍

UltraEM可以建立变压器工艺模型并仿真生成相应的阻抗圆图结果文件，EMCompiler可以导入UltraEM生成的阻抗圆图结果文件并对其进行阻抗匹配。

本文将使用UltraEM和EMCompiler进行联合仿真，分别采用电感与电容对变压器进行阻抗匹配，并比较匹配前后的Q值来确定匹配元件对Q值的影响。

2 UltraEM操作流程          

2.1新建工程

依次点击File > New > Project新建工程，如下图 2-1。

图2-1 新建工程

2.2 导入设计文件

UltraEM支持导入多种格式的设计文件，包括FDL、GDSII&Map、LEF&DEF，其中FDL是法动EDA软件特有的格式，这里我们使用FDL格式的文件进行演示。依次点击 File > Import > FDL 导入设计文件，如图 2-2所示。

图2‑2导入设计文件

2.3 查看版图设计

导入后的设计文件版图如图 2-3所示，该设计为四端口变压器。  

图 2‑3 版图

叠层信息如图 2-4。

图2‑4 叠层信息

2.4仿真设置

依次点击Solve > Settings，在弹出框可以进行仿真频率范围及步长、剖分密度、线程数等设置等各种设置。此处我们设置仿真频率如图 2-5所示，仿真频率在5GHz~10GHz，步长为1GHz，其他保持默认设置。

图 2‑5 仿真频率设置

2.5 运行仿真

仿真频率设置完成后单击Solve > Run以运行仿真。

图2‑6 运行仿真

2.6 查看仿真结果

仿真完成后，点击菜单栏的Result > Model Data，在新弹出的网页中点击左上角的球形图标，在弹出窗口中选择需要查看的参数结果，这里选择查看S11参数，如图 2-7，点击Plot Curve之后就会在界面中绘制出变压器的阻抗圆图。

图2‑7  查看仿真结果

变压器的阻抗圆图如图 2-8所示。

图 2‑8 阻抗圆图

图 2‑9 匹配前Q值

2.7 下载snp文件

在EMCompiler进行仿真需要导入S参数模型，所以我们需要下载生成的结果文件。在绘制结果后可以右键单击结果图，在弹出的下拉列表中点击Download File后点击Done，如图 2-10。

图 2‑10 下载snp文件

3 EMCompiler操作流程          

3.1 采用电感阻抗匹配

3.1.1 新建工程

依次点击File > New > Project新建工程，将工程文件命名为Match，如图 3-1。

图3‑1 新建工程文件

3.1.2 新建设计

在新建的工程目录下依次点击File > New > Design新建设计，如图3-2。

图3‑2 新建设计

3.1.3 导入snp文件

依此点击File > Load S/Y/Z Model，点击Browse选择要导入的snp文件后点击Upload导入，如图3-3。

图3‑3 导入snp文件

3.1.4 放置模型

在导入snp文件后，EMCompiler会生成对应的参数模型。在页面的左下角的Library Panel中选择 Customized > lib1 中选择上述的变压器模型，并在页面放置模型。

图3-4 放置模型

3.1.5 放置电感元件

本次仿真采用电感对变压器模型进行阻抗匹配。在页面的左下角的Library Panel中选择Basic components 中选择电感模型，并在页面放置模型，效果图如图 3-5所示。

图 3‑5 放置电感元件

3.1.6 插入Pin

放置电感元件后依次点击Insert > Pin，在图 3‑6所示位置依次插入Pin，最终效果图如图 3‑6。

图 3‑6 插入Pin

3.1.7 定义电感

双击电感打开电感参数对话框如图 3‑7，可以修改电感参数。本次仿真希望通过改变电感的参数来对图 2‑8中偏容性点5GHz的点进行阻抗匹配。对于给定工作频率5GHz，通过调试确定匹配网络中的电感值为0.64nH。在参数对话框中输入电感值为0.64nH。

图3-7定义电感值

3.1.8 设置仿真频率

依次点击Solve > Freq-Domain Analysis，在弹出对话框仿真频率在5GHz~10GHz，步长为1GHz如图 3‑8，设置完成后点击Run运行仿真。

图 3‑8设置仿真频率

3.1.9 查看仿真结果

仿真完成后，点击菜单栏的Result > Model Data，在新弹出的网页中点击左上角的球形图标，在弹出窗口中选择需要查看的参数结果，这里选择查看S11参数，如图 3‑9，点击Plot Curve之后就会在界面中绘制出阻抗圆图。

图 3‑9查看仿真结果

用电感进行阻抗匹配的阻抗圆图如图 3‑10所示。

图 3‑10匹配网络的阻抗圆图

对比匹配网络前后的Q值如图 3‑11，在5GHz点Q值提高，说明通过串联电感可以提高匹配网络的Q值。

图 3‑11 Q值(黑线表示匹配前，蓝线表示匹配后)

3.2 采用电容阻抗匹配

3.2.1 绘制原理图

具体操作与上述3.1.1-3.1.7步骤一致，区别的地方从串联电感变为并联电容，最终效果图如图3‑12所示。

图3‑12效果图

3.2.2 定义电容

双击电容打开电容参数对话框如图 3 13，可以修改电容参数。本次仿真希望通过改变电容的参数来对图 2 8中偏感性点15GHz的点进行阻抗匹配。对于给定工作频率15GHz，通过调试确定匹配网络中的电容值为0.18pF。在参数对话框中输入电容值为0.18 pF。

图 3‑13 定义电容参数

3.2.3 仿真并查看结果

按照上述步骤3.1.9操作仿真并查看结果。

图 3‑14 匹配后的阻抗圆图

对比匹配网络前后的Q值如图 3‑15，在15GHz点Q值降低，表示并联电容会降低匹配网络的Q值。

图 3‑15 Q值（黑线表示匹配前，蓝线表示匹配后）

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审核编辑：汤梓红