怎样快速生成“无源电感Pcell”？

前言

随着5G通信、物联网技术的快速发展，WIFI、蓝牙、导航芯片的需求与日俱增。在这些芯片中，无线收发模块是核心部件。为了满足低功耗，高带宽，高信噪比等指标要求，大量的无源器件被广泛地采用。然而，如何处理好无源电感性能和面积的折中一直是设计者面临的挑战：传统的无源电感开发存在迭代周期长、结构简单、难以满足先进工艺要求等诸多问题，设计者急需有一套自动工具来完成无源电感参数化版图（Pcell）生成的工作。

本文介绍了采用芯和半导体iModeler软件进行无源电感Pcell开发的步骤。通过内部丰富的无源电感模板，设计者可以快速地在任意PDK设计环境下生成指定的Pcell版图，同时进行电磁场仿真分析，提高正向电感设计的效率。

iModeler无源电感Pcell创建流程

1.启动工具

iModeler是一款集成在Cadence Virtuoso设计平台的工具。首先选择一个包含PDK的项目路径并启动Virtuoso，在主菜单上找到Xpeedic—iModeler启动入口。接着选择电感模板，然后导入电磁仿真工艺文件lyr，该文件可由ITF或iRCX文件转换而来。最后点击OK，打开无源器件配置界面。

图1 创建工程界面

2.设置设计规则

iModeler中设计规则（DRC）选项支持金属层和过孔定义，金属层包括最小线宽、最大线宽、最小线间距和最大线间距设置，过孔包含大小、最小线宽、Overlap距离等设置。通过设定这些DRC规则，可以确保之后进行的电磁场扫描的电感尺寸组合是符合工艺制造要求的。

图2 金属层设计规则

3.选择无源电感类型

（1）结构层定义

接着，根据信号类型，选择单端或差分形式；然后选择电感形状，包括方形、圆形、八边形等。本案例中，我们选择八字形的差分电感。

图3 结构层定义

（2）导体层定义

编辑完电感类型后，通过点击Top Metal选项指定电感结构的顶层金属，软件会自动根据工艺文件内的信息匹配生成下层金属和过孔。勾选Center Tapped选项，可以给差分电感增加中心抽头。

图4 导体层定义

（3）屏蔽层定义

除了上述电感建模的基本步骤外，iModeler提供对电感做进一步优化的选项，这些设定涉及屏蔽层、辅助层和填充层。我们选择屏蔽层PGS1，设置底层金属M1作为屏蔽材料，设定线宽和线间距6um，如下是添加屏蔽层后的效果。

图5 屏蔽层定义

（4）辅助层定义

辅助层是一套完整Pcell不可或缺的部分。iModeler支持添加任意类型的辅助层，这些层用于标识器件或半导体工序。本案例中，我们增加两种类型的辅助层，并对外扩距离进行了设定。

图6 辅助层定义

（5）填充层定义

最后，为了满足金属密度的检查要求，我们增加两层金属并实现交错摆放。图8所示即为填充效果。

图7 填充层定义


图8 填充效果

4.电磁场仿真分析

在完成电感定义后，iModeler中可以对特定尺寸或某个尺寸范围进行电磁场仿真分析。仿真完毕后，使用芯和的SnpExpert工具可快速查看电感感值和品质因数。

图9 电磁场仿真设置


图10 仿真数据曲线

5.生成无源电感Pcell

在案例的最后，设计者可以在配置界面的右下角，点击Pcell，完成最终的参数化单元创建。

图11 快捷生成Pcell

总结

本文介绍了采用芯和半导体iModeler软件进行无源电感Pcell开发的步骤。在任意PDK工作环境下，设计者通过DRC规则定义、结构层定义、优化版图定义等步骤可一步步生成电感Pcell，并能对Pcell做进一步的电磁场分析。