专利名称：平面八边形螺旋结构的生成方法
技术领域：
本发明涉及集成电路版图绘制领域，尤其涉及一种平面八边形螺旋结构的生成方法。
背景技术：
电感在各种电子电路中的使用相当普遍，一直以来都以分立式结构存在，这种分立电感一般都以螺线管的结构制作，拥有较大的封装体积和占据着电路板上较大的面积。 而随着集成电路技术和通信技术的发展，占据更小面积的集成平面螺旋电感器件迅速的在有着低功耗低成本轻薄便携诉求的消费类电子产品中得到广泛应用。
目前主流的集成电感通常使用后道金属层互连工艺与集成电路一起制作在硅 (Si)衬底或者砷化镓(GaAs)等衬底上，形成芯片级的集成平面螺旋电感。在一些应用中也可以把电感直接制作在多层印刷电路板上，形成板级的集成平面螺旋电感。平面化的螺旋电感由螺线管电感演化而来。其一般有两个端口，一个在电感线圈中心，通过下层金属弓I 出；另一个通过绕圈的方式在电感线圈最外侧连接到电路其他部分。
由集成电路设计和制造的流程可以知道，集成平面螺旋电感在生产出来要经过仿真验证以及版图绘制这一过程。仿真验证是在电路设计过程中对所需要用到电感进行三维电磁场仿真，用以得到精确的仿真结果。由于电感应用在射频范围，正确无瑕疵的仿真结构对于仿真结果有着重大的影响。另一方面，版图文件用于进行掩膜版制作，电感图形的好坏对实际电路也产生根本影响。不好的电感图形会导致电路性能下降，或者需要重新改版造成生产成本增加。
因此，在仿真和版图设计中绘制完美的，与设计参数完全一致的平面螺旋电感的版形至关重要。
在常用的四边形和八边形电感中，四边形电感由于每一圈的四个顶点都是直角的顶点，各条边都保持平行或者垂直，因此其版图绘制不容易出现图形错误；然而相比四边形电感，八边形电感的版图绘制则复杂很多，由于平面螺旋电感的内径从最内圈到最外圈在不断变化，内圈某内径值的线段必然要在某个顶点切换到另一内径值，所以计算八边形顶点坐标的算法直接决定八边形图形的好坏。现有的算法，在某些尺寸下可以得到较好的电感图形，但是随着尺寸变化，顶点坐标变化导致电感线圈的某段出现间距变小乃至线条重合的现象。这种间距变小地方，在制作时难以实现，即使制作出来性能也与设计指标相差甚远，从而严重影响RFIC的性能。发明内容
本发明的目的在于提供一种平面八边形螺旋结构的生成方法，在满足版图设计规则的前提下，使得无论如何调整或设计版图参数值，都能得到与设计值完全一致的无偏差的平面八边形螺旋结构图形。
为解决上述问题，本发明提供一种平面八边形螺旋结构的生成方法，包括以下步骤
设置所述平面八边形螺旋结构的版图参数值；
根据所述版图参数值设定所述平面八边形螺旋结构的线圈向外或向内螺旋的分段渐变量以及各圈线圈相对于正八边形结构的顶点偏移量；
根据所述版图参数值、分段渐变量以及顶点偏移量进行线圈的向外或向内螺旋， 各圈线圈各分段依次渐变一分段渐变量并顶点偏移一顶点偏移量，得到各圈线圈的各分段的内边和顶点以及外边和顶点，形成所述平面八边形螺旋结构。
进一步的，所述版图参数包括八边形螺旋结构的外径D或者内径R、圈数N、线圈宽度W以及线圈间距S。
进一步的，所述分段渐变量为(W+S)/8，其使得各圈线圈各分段到所述平面八边形螺旋结构的中心的距离以等差变化的方式向外或向内螺旋。
进一步的，某圈线圈当前分段的内边或外边到原点的距离等于前一分段的内边或外边到原点的距离加上所述分段渐变量。
进一步的，所述平面八边形螺旋结构的线圈向内螺旋收缩时，所述分段渐变量取负值，向外螺旋扩张时，所述分段渐变量取正值。
进一步的，所述顶点偏移量为(l+k)*(W+S)/8，其中k值由正八边形结构的内角决定，所述顶点偏移量使得各圈线圈八边形的每个顶点坐标在正八边形的顶点坐标的基础上沿螺旋方向进行偏移。
进一步的，所述k值等于tan22. 5°
进一步的，所述平面八边形螺旋结构为平面八边形螺旋电感结构、平面八边形变压器结构或平面八边形螺旋线结构。
与现有技术相比，本发明所提供的平面八边形螺旋结构的生成方法，在满足版图设计规则的前提下，以版图参数为输入值，设定分段渐变量并进行分段渐变内边或外边到原点的距离得到各圈线圈各段内边或外边，同时设定相对于正八边形的顶点偏移量并进行顶点偏移得到各圈线圈内边或外边的各顶点坐标，进而形成平面八边形螺旋结构的版图， 使得无论如何调整或设计版图参数值，都能得到与设计值完全一致的无偏差的平面八边形螺旋结构图形。
图1是本发明平面八边形螺旋结构的生成方法流程图2是本发明的具体实施例的平面八边形螺旋结构的平面图3是用于说明本发明具体实施例的平面八边形螺旋结构的生成方法原理的平面图4是本发明的具体实施例的平面八边形螺旋结构的一段内边的平面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的平面八边形螺旋结构的生成方法作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例提供了一种平面八边形螺旋结构的生成方法，包括以下步骤
D1，设置所述平面八边形螺旋结构的版图参数值；
D2，根据所述版图参数值设定所述平面八边形螺旋结构的线圈向外或向内螺旋的分段渐变量以及各圈线圈相对于正八边形结构的顶点偏移量；
D3，根据所述版图参数值、分段渐变量以及顶点偏移量进行线圈的向外或向内螺旋，各圈线圈各分段依次渐变一分段渐变量并顶点偏移一顶点偏移量，得到各圈线圈的各分段的内边和顶点以及外边和顶点，形成所述平面八边形螺旋结构。
请参考图2至图4，以平面八边形螺旋电感001为例来详细说明步骤Dl D3的实施。
如附图2所示，在步骤Dl中，设置的平面八边形螺旋电感001的版图参数值为圈数N= 1.5，内径R = 30um，线圈宽度W = 8um，线圈间距S = 2um，在步骤D2中引入结构参数=Pitch = W+S，k = tan22. 5°，设定分段渐变量为ρ = Pitch/8，顶点偏移量为shift = (l+k)*Pitch/8，其中，分段渐变量即平面八边形螺旋电感001的线圈向外螺旋时的各分段的内边或外边到中心点的距离的等差变化量，顶点偏移量即平面八边形螺旋电感001的线圈相对于正八边形结构的顶点的偏移量。在本发明其他实施例中，还可以设置版图参数值圈数N、外径D、线圈宽度W、线圈间距S。
如附图2所示，平面八边形螺旋电感001的第一圈按照八边形结构分为八段，从内到外依次为10、11、12、13、14、15、16和17。其第二圈为半圈结构，分为四段，从内到外依次为20、21、22和M，其中第一圈的最末段17和第二圈的首段20相接。其中，从最内圈的起始段10开始，每次向外螺旋扩展一段，则该段到原点(或中心点)的距离都比前一段“渐变” 一个分段渐变量的距离，即(W+S)/8的距离。
平面八边形螺旋电感001的各圈的各段又由内边和外边组成，例如第一圈第一段 10的内边为10i，外边为10ο，第一圈第二段11的内边为lli，外边为llo，其他的以此类推。其中，各段的内外边保持平行，其间距即为线圈宽度W，比如第一段10的内边IOi和外边IOo相互平行，且间距为W = Sum ；同时，相邻圈各段之间保持平行，且间距为S，比如第一圈10段与第二圈20段之间的间距为S = 2um,即外边IOo与内边20i相互平行，且间距为 S = 2um。
结合附图3和附图4，对步骤D3中平面八边形螺旋电感001的一段内边01的生成方法做详细说明。其中，内边01由平面八边形螺旋电感001的第一圈所有内边10i， lli, · · ·，16 , 17 以及第二圈第一内边20 组成，内边01的各段内边IOi, lli, · · ·，16 , 17i，20i依次相差一个分段渐变量ρ = Pitch/8。
为了便于说明本发明的方法之原理，首先引入正八边形近似的思想说明“分段渐变”和“顶点偏移”的实现原理。如附图3所示，以XY直角坐标系的原点00为中心，10个正八边形以同心等间距的方式嵌套，每个正八边形的所有8条边到原点距离相同，该距离即定义为该八边形的内径。所有正八边形的竖直边与X轴垂直，水平边与Y轴垂直，第一三象限斜边与45度斜线AA’垂直，第二四象限斜边与另一 45度斜线BB’垂直。
假设，最内圈正八边形bl的内径为rl，则第二圈正八边形1^2的内径为rl+p，第三圈正八边形1^2的内径为rl+2*p，......，以此类推，每一圈正八边形都在前一圈的基础上内径增加P (即分段渐变量)的渐变量。
因此，要使平面八边形螺旋电感001的内边01上的各分段内边IOi，Ili,... ,16 , 17i，20i具有“分段渐变”的特征，只需要使第一内边IOi位于正八边形bl上，第二内边Ili 位于正八边形Μ上，.......，第二圈第一内边20i位于正八边形b9上。
于是，内边01的生成原理可以结合附图4而得到清楚地揭示。
以XY直角坐标系的原点00，即坐标(0，0)作为中心点生成平面八边形螺旋电感 001，具体的包括以下过程
首先，第一内边IOi位于bl上，到中心点00距离为rl。因此可以定义起始点101 的横坐标为rl = R-Pitch/4,纵坐标为0，并且第一内顶点103必须使IOi与X轴垂直，因此第一内顶点103的横坐标与点101 —样；
接着，第二内边Ili位于b2上，到中心点00距离为rl+p，ρ = Pitch/8为分段渐变量，则IOi与Ili相交于第一内顶点103，相当于bl的第一顶点103a沿螺旋绕圈方向顶点偏移shift = (l+k)*Pitch/8的距离并最终位于1^2上。因此第一内顶点103的横坐标为rl，纵坐标为rl*k+shift，其中rl*k为103a的纵坐标值，shift为顶点偏移量；
然后，第三内边12i位于b3上，到中心点00距离为rl+2*p，p = Pitch/8为分段渐变量，则Ili与12i相交于第二内顶点105，相当于1^2的第二顶点10 沿螺旋绕圈方向顶点偏移shift的距离并最终位于b3上。所以第二内顶点105的横坐标为(rl+2*p)*k-shift， 纵坐标为rl+2*p，其中shift为顶点偏移量；同时，第三内顶点107必须使12i与Y轴垂直， 因此第三内顶点107的纵坐标与点105 —样；
接着，第四内边13 位于b4上，到中心点00距离为rl+3*p，ρ = Pitch/8为分段渐变量。则IOi与Ili相交于第三内顶点107，相当于b3的第三顶点107a沿螺旋绕圈方向顶点偏移shift的距离并最终位于b4上，这与第一内顶点103的确定是相似的。所以第三内顶点107的横坐标为_(rl+2*p)*k_shift，纵坐标为rl+2*p，其中_(rl+2*p)*k为107a 的横坐标值，shift为顶点偏移量；
然后，依次类推的，第四内顶点109相当于b4的第四顶点109a沿螺旋绕圈方向顶点偏移shift的距离并最终位于沾上，第五内顶点111相当于沾的第五顶点Illa沿螺旋绕圈方向顶点偏移shift的距离并最终位于M上，.......，第二圈的第一内顶点203相当于b9的第一顶点203a沿螺旋绕圈方向顶点偏移shift的距离并最终位于blO上，形成平面八边形螺旋电感001的内边01。
按照相同的原理可以形成平面八边形螺旋电感001的内边01所有的内边顶点，然后形成平面八边形螺旋电感001的外边顶点，最后通过连接顶点形成内外边，并通过内外边的连接最后形成闭合的平面八边形螺旋电感图形001。
需要说明的是，当设置的版图参数中，内径R或外径D的取值很大，即为平面八边形螺旋结构最外圈的参数值时，同样可以按照上述原理完成平面八边形螺旋结构版图的绘制，区别仅在于，绘制时需从最外圈向内螺旋收缩绘制，分段渐变量取负值，从最外圈的起始段开始，每次向内螺旋收缩一段，则该段到原点(或中心点)的距离都比前一段“渐变”一个分段渐变量的距离，即_(W+S)/8的距离；该段的顶点坐标在正八边形的顶点坐标的基础上沿螺旋方向偏移一个顶点偏移量的距离。
由此可见，“分段渐变”实现了螺旋线圈向外或向内以等差变化的方式螺旋；“顶点偏移”可以保证线圈宽度始终为W不变，线圈间距始终为S不变，以此得到的平面八边形螺旋电感图形001的线圈各段到中心的距离以线圈宽度与间距之和的八分之一为等差量变化，线圈各顶点以正Λ边形顶点向螺旋方向偏移固定值形成，这样无论版图参数如何变化， 都不会产生由多边形顶点漂移导致的线圈宽度改变或者线圈间距改变等图形错误。
值得指出的是，虽然未详细列出所有顶点的坐标以及顶点之间的连线，但是通过上述说明，本发明提出的具有“分段渐变”和“顶点偏移”特征的生成平面八边形螺旋电感图形的方法的原理已经可以为相关技术人员所理解。
同时，虽然已经公开了本发明的一个实施例，但是本领域技术人员将会意识到，本发明所提出的生成平面八边形螺旋电感图形的方法还可以用于生成相似的平面八边形变压器结构和平面八边形螺旋线结构。
综上所述，本发明所提供的平面八边形螺旋结构的生成方法，在满足版图设计规则的前提下，以版图参数为输入值，设定分段渐变量并进行分段渐变内边或外边到原点的距离得到各圈线圈各段内边或外边，同时设定相对于正八边形的顶点偏移量并进行顶点偏移得到各圈线圈内边或外边的各顶点坐标，进而形成平面八边形螺旋结构的版图，使得无论如何调整或设计版图参数值，都能得到与设计值完全一致的无偏差的平面八边形螺旋结构图形。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，包括设置所述平面八边形螺旋结构的版图参数值；根据所述版图参数值设定所述平面八边形螺旋结构的线圈向外或向内螺旋的分段渐变量以及各圈线圈相对于正八边形结构的顶点偏移量；根据所述版图参数值、分段渐变量以及顶点偏移量进行线圈的向外或向内螺旋，各圈线圈各分段依次渐变一分段渐变量并顶点偏移一顶点偏移量，得到各圈线圈的各分段的内边和顶点以及外边和顶点，形成所述平面八边形螺旋结构。
2.如权利要求1所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，所述版图参数包括八边形螺旋结构的外径D或者内径R、圈数N、线圈宽度W以及线圈间距S。
3.如权利要求2所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，所述分段渐变量为(W+S)/8，其使得各圈线圈各分段到所述平面八边形螺旋结构的中心的距离以等差变化的方式向外或向内螺旋。
4.如权利要求3所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，某圈线圈当前分段的内边或外边到原点的距离等于前一分段的内边或外边到原点的距离加上所述分段渐变量。
5.如权利要求4所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，所述平面八边形螺旋结构的线圈向内螺旋收缩时，所述分段渐变量取负值，向外螺旋扩张时，所述分段渐变量取正值。
6.如权利要求1所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，所述顶点偏移量为(l+k)*(W+S)/8，其中k值由正八边形结构的内角决定，所述顶点偏移量使得各圈线圈八边形的每个顶点坐标在正八边形的顶点坐标的基础上沿螺旋方向进行偏移。
7.如权利要求6所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，所述k值等于 tan22. 5°
8.如权利要求1所述的平面八边形螺旋结构的生成方法，其特征在于，所述平面八边形螺旋结构为平面八边形螺旋电感结构、平面八边形变压器结构或平面八边形螺旋线结构。
全文摘要
本发明提供一种平面八边形螺旋结构的生成方法，在满足版图设计规则的前提下，以版图参数为输入值，设定分段渐变量并进行分段渐变内边或外边到原点的距离得到各圈线圈各段内边或外边，同时设定相对于正八边形的顶点偏移量并进行顶点偏移得到各圈线圈内边或外边的各顶点坐标，进而形成平面八边形螺旋结构的版图，使得无论如何调整或设计版图参数值，都能得到与设计值完全一致的无偏差的平面八边形螺旋结构图形。
文档编号G06F17/50GK102521469SQ201110457980
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者全冯溪, 叶红波, 周伟 申请人:上海集成电路研发中心有限公司