Post on 21-Jul-2015
Desarrollo de una herramienta Web para el cálculo de bobinas
integradas
Autor: Zulima Fernández GutiérrezTutores: Dr. D. Javier del Pino Suárez
Dr. D. Roberto Díaz Ortega
Índice
• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Introducción
• Desarrollo para las comunicaciones inalámbricas
• Terminales de acceso pequeños, baratos, de bajo consumo de potencia y de producción masiva
• Circuitos híbridos circuitos integrados monolíticos
Introducción
• Mejora no tan evidente en dispositivos pasivos como activos
• Inductores, elemento crítico en circuitos RF
• Elementos fundamentales en rx RF• Adaptación de impedancias• Implementación de tanques LC en osciladores• Polarización de txt en LNA
Introducción
• Empresas ofrecen una librería de inductores ya definidos
• Modelo circuital escalable, conjunto de componentes discretos, en lugar de librería
• Objetivo: desarrollar una herramienta para el cálculo de inductores integrados
Introducción
• Antecedente: sw I-MODEL- Desarrollado en MATLAB y basado en modelo paramétrico
- Cálculos:
- Elementos del circuito equivalente
- Geometría de la bobina con mayor Q
- Inconveniente: instalación previa de MATLAB
Introducción
• Objetivo: aplicación basada en la Web 2.0
• Ventajas: – Compatibilidad multiplataforma
– Inmediatez de acceso – Menores requisitos de memoria – Portables, independientes del dispositivo
Introducción
• Tarea adicional:– Generar el trazado físico de una bobina,
eligiendo nº lados y dirección de rotación layout
• Objetivo final:
Integrar funciones del I-MODEL + generador de layouts, implementado todo ello en lenguaje PHP y accesible desde una página Web
Índice
• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Inductores integrados
• Componente pasivo, almacena energía en forma de campo magnético
• Inductancia y el factor de calidad
⋅Π=
disipadaEnergía
almacenadaEnergíaQ
_
_2
Inductores integrados
• Factor de calidad
– En la práctica:
−⋅Π=ciclounendisipadaEnergía
eléctricapicodeEnergíamagnéticapicodeEnergíaQ
____
______2
)Re(
)Im(
11
11
Y
YQ −=
Inductores integrados
• Campos electromagnéticos– E1(t) corriente de conducción pérdidas
óhmicas en las pistas
Inductores integrados
• Pérdidas en las pistas– Efecto pelicular (skin efect)
• f redistribución de
la corriente δ
•Concentración en los bordes
•Aumento de la resistencia
•Despreciado para metales finos
Inductores integrados
• Corrientes de torbellino (eddy currents)
Bprincipal
I
Itorbellino
Pistas interiores
Distribución no uniformede la corriente
I en el interior
I en el exterior Resistenciaserie f
Inductores integrados
• Pérdidas en el sustrato
– Corrientes de torbellino
Ó x i d o
• ⊗ I- I
B ( t )
Si⊗
⊗ • •
I s u s - I s u s
f
Índice
• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Modelo paramétrico
• Basado en modelo clásico de circuito equivalente• Ecuación para cada elemento unitario
Modelo paramétrico
• Capacidad paralela
2
5 6
uPU
oxM M
n wC
tε
−
×= ×
t mPT
l tC
sε×= ×
25 6
5 6
u t m oxM MP
oxM M
n w s l t tC
t sε−
−
× × + × ×= ××
Modelo paramétrico
• Ecuaciones implementadas en un único algoritmo desarrollado en PHP y recogido en:– calculo_parametros_1f.php– calculo_parametros.php– calculo_parametros_barrido.php RF
Modelo paramétrico
• Cálculo la inductancia y factor Q
fext wY
L⋅
−=)Im(
1
11
pfsfs
CjwLjwR
Y ++
= 111
11
1
1111
111
1
subsubf
oxf
RCjwCjw
YY
++
+=
)Re(
)Im(
11
11
Y
YQ −=
Modelo paramétrico
• Modelo redefinido para uso de 2 metales en pararelo– Aumento de sección efectiva de metal,
disminuye la resistencia, mejora Q– Asume nuevas distancias y parámetros– Implementado en:
• calculo_parametros_1f.php
• calculo_parametros.php
• calculo_parametros_barrido.php RF
Modelo paramétrico
• Determinar geometría que maximiza el factor de calidad Q Buscador _Maximo_Q.php
1- Fijar inductancia, tolerancia, frecuencia y número de metales
2- Búsqueda de combinaciones w, n y r3- Llamada a calculo_parametros_1f matriz
de parámetros 4- Búsqueda máximo factor Q calculado
Modelo paramétrico
• calculo_parametros.php Obtener elementos unitarios, L y Q a partir de valores geométricos y frecuencia
• calculo_parametros_barrido.php gráficas de L y Q en RF para una geometría dada
Índice
• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Índice
• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
El formato CIF
• Formato CIF– Conjunto de primitivas gráficas – Base del sistema de coordenadas: 100 u/micra – Declaraciones geométricas:
• LAYER (L) • WIRE (W) • ROUNDFLASH (R)• CALL (C)
– Declaraciones de control• DS • DF• END (E)
El formato CIF
• Ejemplo del contenido de un archivo
DS 1 1 1;
L MET6; W 1000 0,6625 5055,6625 8133,-2848 -196,-8900 -8795,-2652 -5407,7775 5891,7775 9485,-3288 -196,-10321 -10147, -3091 -6243,8925 6726,8925 10837,-3727 0,-11601;
L M6_M5; R 1000 0,6625;
L MET5; W 1000 0,6625 0,10425;
DF; C 1; E
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• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Entorno de desarrollo XAMPP
• Aplicaciones Web
• Entorno multiplataforma
• Apache + MySQL + PHP + Perl
• Licencia GNU
• Instalación locahost
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• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Herramienta software
• Basada en modelo paramétrico
• PHP, lado del servidor
• HTML, lado del cliente
Herramienta software
• Intercambio de datos cliente -servidor:• Ajax• jQuery
<script type="text/javascript">
$(document).ready(function(){
$('#form1').submit(function(){
$.ajax ({….
}); return false; });
});
Herramienta software
$.ajax ({
type:"POST",
url:"http://localhost/imodel/Buscador_Maximo_Q.php",
data:"f="+$('#f').val()+"&ind="+$('#ind').val()+"&tol="+$('#tol').val()+ "&N_metales="+$('#N_metales').val(),
success:function(datos){
var obj = jQuery.parseJSON(datos); $('#L_calc').val(obj[0].L_calc); $('#Q_calc').val(obj[0].Q_calc);
… }});
Herramienta Software
• Algoritmos– Botón Search maximum Q
• Buscador_Maximo_Q.php» calculo_parametros_1f.php
– Botón Calculate model parameters • calculo_parametros.php
– Botón Represent L and Q • calculo_parametros_barrido.php
Herramienta Software
• Algoritmos– Botón Genetare CIF
• Espiras.php
– Interfaz Technological Parameters Save• parametros.php
Mensajes error
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• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Conclusiones
• Herramienta desarrollada:– Dibuja inductancias sin preocuparse de
medidas físicas :
• Dimensiones y modelo equivalente del inductor óptimo
• Modelo equivalente para una geometría dada
• Trazado de la bobina layout
• Gráficas L y Q en RF
Conclusiones
• Herramienta desarrollada:
– Entorno Web
– Herramienta versátil
– Opción de 1 ó 2 metales en paralelo
Líneas futuras
• Layout usando las dos capas superiores en paralelo
• Cálculo de inductores multicapa
• Estudio de estructuras alternativas
• Estudio de otros modelos equivalentes
• Generación de librerías basadas en simulación para UMC 0.18 μm u otras tecnologías.
Índice
• Introducción• Inductores integrados• Modelo paramétrico• Tecnología UMC 0.18 μm • El formato CIF• Entorno de desarrollo XAMPP• Herramienta SW• Conclusiones y líneas futuras• Presupuesto
Presupuesto
Descripción Gastos (€)
Costes de recursos humanos 43130.88
Costes de software y hardware 514,02
Otros costes 161
PRESUPUESTO FINAL 43805,9
TOTAL (I.G.I.C 5%) 45996,20
Desarrollo de una herramienta Web para el cálculo de bobinas
integradas
Autor: Zulima Fernández GutiérrezTutores: Dr. D. Javier del Pino Suárez
Dr. D. Roberto Díaz Ortega
IMODEL 2.0