JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Työn tarkoituksena oli selvittää, mitä ohjelmistoja ja työkaluja on saatavilla integroitujen kelojen suunnitteluun sekä simulointiin, tutustua ylikuuluvuuteen ilmiönä ja sen lisäksi tutkia kelojen välistä keskinäisinduktanssia etäisyyden funktiona ilmaisella ASITIC-työkalulla. Kaupallisia työkaluja integroitujen kelojen suunnitteluun ja simulointiin on saatavilla useita, esimerkiksi Axiem ja Momentum. Nämä ohjelmistot ovat hyvin kattavia ja niillä voidaan pelkkien kelojen lisäksi simuloida kokonaisia piirilevyjä tai integroituja piirejä sekä monenlaisia komponentteja ja sähkömagneettisia ilmiöitä. Ilmaiset työkalut sen sijaan ovat keskittyneet johonkin tiettyyn tarkoitukseen, esimerkiksi ASITIC on tarkoitettu pelkästään kelojen simulointiin.

ASITIC-työkalulla simuloitiin kaksi erilaista kelaparia etäisyyksillä, jotka vaihtelivat 5 um ja 160 um välillä. Keskinäisinduktanssin suuruus prosenttiosuutena oli näillä etäisyyksillä suurimmillaan noin 6,0 % ja pienimmillään 1,3 %. Keskinäisinduktanssi suuruuteen voidaan myös vaikuttaa suojarenkailla, säteilysuojilla sekä kelojen muotoa ja asettelua muuttamalla. Näiden korjausten kääntöpuolena on yleensä hyvyysluvun, eli kelan tehokkuuden, heikkeneminen.

Design aspects of integrated circuit inductors

Abstract

Main goal of this work was to study what software and tools there are for designing and simulating integrated inductors. Additionally, there was a task to use free ASITIC tool to study electromagnetic coupling between coils as a function of distance. There are many commercial tools and software for integrated inductor design and simulation, for example Axiem and Momentum. These tools are very comprehensive and can also be used to simulate entire PCB and integrated circuit layouts and different kind of electromagnetic phenomenon. Free tools in the other hand are focused on some specific tasks, for example, ASITIC is only meant to simulate inductors.

ASITIC was used to simulate two different sized inductor pairs at distances between 5 um–160 um. Electromagnetic coupling at these distances was at its highest about 6,0 % and at its smallest about 1,3 %. Electromagnetic coupling can also be reduced by using guard-rings and shielding. Inductor shape and location also have high impact. The downside to these solutions usually is worse quality factor Q.