一种电磁仿真电感感值修正方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及电磁仿真技术领域，特别是涉及一种电磁仿真电感感值修正方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.电磁仿真通过数值计算对电子元器件的电磁性能进行模拟，可以在时域和频域对电路参数、电磁场强分布、微波传输、空间辐射、噪声等多种性能进行仿真模拟，并能够对仿真结果进行性能分析与优化，以代替昂贵的实物实验验证，从而大大提高了复杂电路的设计效率。但半导体工艺的波动通常使器件结构尺寸、电磁参数偏离理论值或设计值，因此在仿真时需要对器件的仿真测量值进行修正来保证与器件实际测量值保持一致。
3.无源器件(电阻、电容和电感)电磁仿真的准确度主要依赖电磁模型的精细化程度，如常见的平行板电容器的仿真，通过修正两个电极板的边缘效应、填充介质的层厚及介电常数(er)，可以对电磁仿真的结果进行准确性修正。但对于电感器件(圆形、矩形、八角等)，由于模型结构复杂，在电磁仿真的过程中无法像平板电容器件那样直观地修正模型结构尺寸(电感电磁感应的解析表达比电阻和电容要复杂)；而导线间距、介质层厚度等结构参数为电磁感应的弱函数，因此修正导线间距、介质层厚度等参数无法对电感感值产生有效影响，从而无法对仿真电感值进行有效的修正。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种电磁仿真电感感值修正方法、装置及存储介质，在不修改layout布局的前提下，通过调节电感仿真模型中介质材料(如si、sic、sin等)的磁导率来修正电磁仿真中电感的感值，并且不影响其他器件的拟合。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一方面，一种电磁仿真电感感值修正方法，包括：
7.基于电感结构进行3d建模，生成电感仿真模型；
8.对电感仿真模型输入激励电流，基于生成的感应磁场获得仿真电感值；
9.获取与所述电感结构完全相同的实际电感器件的实测电感值；
10.将所述仿真电感值与实测电感值进行比较，当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正。
11.优选的，所述当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正，具体包括：
12.当仿真电感值大于实测电感值时，打开磁导率设置文件，减小介质材料的磁导率；当仿真电感值小于实测电感值时，打开磁导率设置文件，增大介质材料的磁导率。
13.优选的，所述电感仿真模型包括基底堆叠结构；所述基底堆叠结构包括金属层和衬底，金属层生长在衬底上；当金属层包括两层及以上时，金属层之间设置有介质材料。
14.优选的，所述电感仿真模型包括的介质材料为一种；
15.所述当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正，具体包括：
16.当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围但未超过第二预设误差范围时，按第一幅度调节介质材料的磁导率；当仿真电感值与实测电感值的误差超过第二预设误差范围时，按第二幅度调节介质材料的磁导率；所述第一幅度小于第二幅度。
17.优选的，所述电感仿真模型包括的介质材料超过一种；
18.所述当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正，具体包括：
19.当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围但未超过第二预设误差范围时，首先调节厚度小的介质材料的磁导率，当仿真电感值与实测电感值的误差无法调节到第一预设误差范围内时，再调节厚度大的介质材料的磁导率；当仿真电感值与实测电感值的误差超过第二预设误差范围时，首先调节厚度大的介质材料的磁导率，当仿真电感值与实测电感值的误差无法调节到第一预设误差范围内时，再调节厚度小的介质材料的磁导率。
20.优选的，介质材料的磁导率的调节幅度与介质材料的厚度呈正比关系，厚度越大，调节幅度越大；厚度越小，调节幅度越小。
21.优选的，设置在金属层之间的介质材料的厚度小于电感仿真模型其他位置介质材料的厚度。
22.优选的，电磁仿真中的电阻阻值测量、传输线阻抗测量和电容容值测量均使用所述基底堆叠结构。
23.另一方面，一种电磁仿真电感感值修正装置，包括：
24.电感仿真模型生成模块，用于基于电感结构进行3d建模，生成电感仿真模型；
25.仿真电感值获取模块，用于对电感仿真模型输入激励电流，基于生成的感应磁场获得仿真电感值；
26.实测电感值获取模块，用于获取与所述电感结构完全相同的实际电感器件的实测电感值；
27.仿真电感值修正模块，用于将所述仿真电感值与实测电感值进行比较，当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正。
28.再一方面，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现所述的电磁仿真电感感值修正方法。
29.本发明具有如下有益效果：
30.(1)本发明在电磁仿真时，当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，通过调节电感仿真模型中介质材料的磁导率来修正电磁仿真中电感的感值，保证仿真电感值与实际电感值一致；
31.(2)本发明的电磁仿真中，在电阻阻值测量、传输线阻抗测量和电容容值测量均使用相同的基底堆叠结构来生成仿真模型时，不会因为介质材料的磁导率的调节而影响其他器件的拟合。
32.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
附图说明
33.图1为本发明实施例的电磁仿真电感感值修正方法的流程图；
34.图2为本发明实施例的螺旋电感的外延结构仿真模型；
35.图3为本发明实施例的介质材料的磁导率调节流程图；
36.图4为本发明实施例的基底堆叠结构示意图；其中，(a)为结构图，(b)为参数设置图；
37.图5为本发明实施例的激励电流输入后形成的感应磁场示意图；其中，(a)为八角形电感的示意图，(b)为圆形电感示意图；
38.图6为本发明实施例的传输线电路示意图；其中，(a)为电路图，(b)为等效电路图；
39.图7为本发明实施例的传输线上的磁场分布示意图；其中，(a)为结构示意图，(b)为磁场分布图；
40.图8为本发明实施例的矩形电感的实测电感值、初始仿真电感值和修正后仿真电感值的曲线图；其中，(a)表示测量电路，(b)表示电感值拟合曲线；
41.图9为本发明实施例的圆形电感的实测电感值、初始仿真电感值和修正后仿真电感值的曲线图；其中，(a)表示测量电路，(b)表示电感值拟合曲线；
42.图10为本发明实施例的八角电感的实测电感值、初始仿真电感值和修正后仿真电感值的曲线图；其中，(a)表示测量电路，(b)表示电感值拟合曲线；
43.图11为本发明实施例的传输线的实测阻抗值和仿真阻抗值的拟合曲线图；其中，(a)表示正常仿真时的阻抗值拟合曲线，(b)表示调节介质材料的磁导率后的拟合曲线；
44.图12为本发明实施例的电容的实测电容值和仿真电容值的拟合曲线图；其中，(a)表示正常仿真时的电容值拟合曲线，(b)表示调节介质材料的磁导率后的拟合曲线；
45.图13为本发明实施例的电磁仿真电感感值修正装置的结构框图。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，步骤标识s101、
s102、s103等仅用于方便表述，并不表示执行顺序，相应的执行顺序可以根据需要进行调节。
49.参见图1所示，本发明一种电磁仿真电感感值修正方法，包括：
50.s101，基于电感结构进行3d建模，生成电感仿真模型；
51.s102，对电感仿真模型输入激励电流，基于生成的感应磁场获得仿真电感值；
52.s103，获取与所述电感结构完全相同的实际电感器件的实测电感值；
53.s104，将所述仿真电感值与实测电感值进行比较，当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正。
54.具体的，在电磁仿真中对电感结构进行3d建模后，生成电感仿真模型；对电感仿真模型输入激励电流后，产生感应磁场，基于感应磁场生成的电抗，可以得出仿真电感的感值。
55.目前，对电感仿真模型的调整有限，修正电感仿真模型的介电常数、介质厚度、金属层厚度等会对其他器件如传输线、电容等产生明显影响，而且这些电参数的修正通常对电感仿真模型的磁分布影响轻微，不足以修正仿真电感值与实测电感值的误差。
56.本实施例在不修改版图layout的前提下，通过调节介质材料的(例如，硅基si、碳化硅sic、氮化硅sin等)磁导率的方法修正电磁仿真中拟合电感的电感值，并且不影响其他器件的拟合。
57.参见图2所示，为生成的螺旋电感的电感仿真模型，电感仿真模型由多层金属(m1，m2，m3...)及多种介质材料(v1，v2，v3...)共同组成，生长在衬底(p-silicon substrate)上。在电磁仿真中，金属层的宽度、厚度和介电常数都需要与实际电感器件相同，因此在修正中可以操作的手段较少，所有本实施例在仿真过程中引入介质材料的磁导率这一参数，对电感值的仿真结果进行修正。
58.具体的，参见图3所示，所述当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正，具体包括：
59.当仿真电感值大于实测电感值时，打开磁导率设置文件，减小介质材料的磁导率；当仿真电感值小于实测电感值时，打开磁导率设置文件，增大介质材料的磁导率。
60.参见图4所示，所述电感仿真模型包括基底堆叠结构；所述基底堆叠结构包括金属层和衬底，金属层生长在衬底上；当金属层包括两层及以上时，金属层之间设置有介质材料。
61.本实施例中，所有器件(包括电容、电阻、传输线等)的电磁仿真都需要调用图4的基底层堆叠结构(substrate layer stackup)，本实施例通过对图4中介质层的磁导率的修改，就可以实现对电感感值仿真结果的修正，并能够很好的同时修正不同形状、不同尺寸的电感感值。
62.具体的，基于图4所示基底堆叠结构，激励电流输入后形成感应磁场参见图5所示，在电感面积确定的情况下，通过磁感应强度与面积可以得到磁通量，由磁通量和电流我们可以得到电感的自感感值，而螺旋电感多是复数圈电感，因此还存在线圈之间的互感感值，也可以通过磁通量求得互感感值。当金属层厚度、氧化层厚度以及layout固定，介电常数也固定无法调整的前提下，想要调整电感的感值，就需要调整电感的磁感应强度，而图4中介
质材料si和sin的磁导率的数值的变化可以用来影响磁感应强度，当磁导率升高磁感应强度升高，电感感值随之升高，磁导率降低磁感应强度降低，电感感值随之降低，由此来使电磁仿真中电感感值的仿真结果更加贴近实际量测数值，同时磁导率的变化并不影响传输线阻抗，不会给无源器件带来新的变量。
63.参见图6和图7所示，磁场变化不影响传输线阻抗是由于传输线的磁场分量只存在于传输方向的截面上，传输线的特征阻抗计算公式μ0为真空磁导率，ε0为真空介电常数，ε
eff
为有效介电常数，w为介质宽度，h为介质厚度)中不涉及介质材料的磁导率。因此通过修改介质磁导率，可使电感的感值更加贴合，并且不需要改变版图layout。如下图6(b)为传输线的等效电路，它的阻抗只受真空磁导率影响与介质磁导率无关。如下图7(b)为传输线上的磁场分布，磁场方向正交于传输线，说明磁导率变化导致的磁场改变不会影响传输线的特征阻抗。
64.一实施例中，所述电感仿真模型包括的介质材料为一种，如为si、sic或sin。
65.对应的，所述当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正，具体包括：
66.当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围但未超过第二预设误差范围时，按第一幅度调节介质材料的磁导率；当仿真电感值与实测电感值的误差超过第二预设误差范围时，按第二幅度调节介质材料的磁导率；所述第一幅度小于第二幅度。
67.即当所述电感仿真模型包括的介质材料只有一种时，如果仿真结果(各频点的电感值)与实测电感值已经贴合得较好，或者说误差已经达到了允许范围，则不需要修正。如果仿真结果轻微超出了允许误差范围(超过第一预设误差范围但未超过第二预设误差范围)，比如说轻微偏大，则需要轻微地调小磁导率(如降低3％、5％等)。如果仿真结果超出允许误差范围比较多(超过第二预设误差范围)，说明仿真电感值明显比实测电感值小，则需要较大幅度地调高磁导率(如调高20％、30％等)。
68.需要说明的是，所述第一预设误差范围、第二预设误差范围、第一幅度及第二幅度可根据需要进行设置，本实施例不做限制，下同。
69.另一实施例中，所述电感仿真模型包括的介质材料超过一种。图4中，包括了三个金属层，每两个金属层中包括一种介质材料，分别为si和sin。
70.对应的，所述当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正，具体包括：
71.当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围但未超过第二预设误差范围时，首先调节厚度小的介质材料的磁导率，当仿真电感值与实测电感值的误差无法调节到第一预设误差范围内时，再调节厚度大的介质材料的磁导率；当仿真电感值与实测电感值的误差超过第二预设误差范围时，首先调节厚度大的介质材料的磁导率，当仿真电感值与实测电感值的误差无法调节到第一预设误差范围内时，再调节厚度小的介质材料的磁导率。
72.具体的，介质材料的磁导率的调节幅度与介质材料的厚度呈正比关系，厚度越大，调节幅度越大；厚度越小，调节幅度越小。
73.此外，设置在金属层之间的介质材料的厚度小于电感仿真模型其他位置介质材料
的厚度。
74.需要说明的是，如上所述的厚度小和厚度大是针对同一电感仿真模型中的多种介质材料来说的，是一个相对的概念。比如电感仿真模型包括的介质材料为si和sin，如果si的厚度为9mm，sin的厚度为7mm，则si为厚度大的介质材料，sin为厚度小的介质材料。
75.具体的，参见图8为本实施例的矩形电感的实测电感值、初始仿真电感值和修正后仿真电感值的曲线图；图9为本实施例的圆形电感的实测电感值、初始仿真电感值和修正后仿真电感值的曲线图；图10为本实施例的八角电感的实测电感值、初始仿真电感值和修正后仿真电感值的曲线图。根据图8、图9和图10的对比曲线可以看出，未修改电感介质材料的磁导率之前，电感感值l_rorigin与实测电感感值l_rmeas存在较大差异，增大介质材料的磁导率后，所有尺寸电感的感值l_rchange都能够更好的与实测电感感值l_rmeas贴合，实现对电感的感值的修正。
76.参见图11所示为本发明实施例的传输线的实测阻抗值和仿真阻抗值的拟合曲线图；参见图12所示为本实施例的电容的实测电容值和仿真电容值的拟合曲线图。从图11和图12可以看出，通过调节电感仿真模型中介质材料的磁导率来修正电磁仿真中电感的感值，并不会影响其他器件的拟合。
77.参见图13所示，作为对上述各图所示方法的实现，本实施例提供了一种电磁仿真电感感值修正装置的一个实施例，该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应，该装置具体可以应用于各种电子设备中。
78.一种电磁仿真电感感值修正装置，包括：
79.电感仿真模型生成模块1301，用于基于电感结构进行3d建模，生成电感仿真模型；
80.仿真电感值获取模块1302，用于对电感仿真模型输入激励电流，基于生成的感应磁场获得仿真电感值；
81.实测电感值获取模块1303，用于获取与所述电感结构完全相同的实际电感器件的实测电感值；
82.仿真电感值修正模块1304，用于将所述仿真电感值与实测电感值进行比较，当仿真电感值与实测电感值的误差超过第一预设误差范围时，调节电感仿真模型中介质材料的磁导率以对仿真电感值进行修正。
83.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
84.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。