Projeto de indutores espirais integrados por seleção em banco de dados gerado por simulação eletromagnética e redes neurais

Abstract

Resumo: O projeto de indutores integrados sobre substrato de silício torna-se uma necessidade, para diminuir custos e facilitar o processo de produção de equipamentos de telecomunicações. Por outro lado, existe uma lacuna teórica no que diz respeito a previsão de valores realistas para os indutores integrados, principalmente se for levado em conta que este valor deve ser previsto para ser válido em uma faixa de freqüências ampla e com valores cada vez mais elevados. A simulação eletromagnética dos indutores é uma saída para resolver o problema, porém se abordada de maneira não sistemática, tende a exigir muito tempo e sensibilidade do projetista, devido ao grande número de variáveis existentes na especificação do indutor. Este trabalho propõe-se a criar uma metodologia eficaz para sistematizar e automatizar uma extensa simulação eletromagnética, cobrindo uma ampla faixa de possibilidades de integração de indutores em uma dada tecnologia, dentro de intervalos já reconhecidos como viáveis, para as variáveis de projeto. Uma vez feita a simulação, as informações ficam armazenadas em um banco de dados relacional com tabelas de parâmetros geométricos e de parâmetros elétricos, podendo ser identificada facilmente a configuração física que tenha as características elétricas mais próximas do desejado, por pesquisa no banco de dados. A contrapartida principal é o tempo requerido para a simulação eletromagnética. Como complemento do trabalho, pesquisou-se a possibilidade de executar a simulação eletromagnética parcialmente, reduzindo o tempo de simulação, usando um conjunto reduzido de dados para criar redes neurais genéricas que pudessem ser usadas para avaliar as reatâncias. Compararam-se também os valores de reatâncias obtidos por estes métodos com os valores obtidos avaliando parâmetros concentrados de modelos "pi" por fórmulas empíricas, semi-empíricas e analíticas clássicas, e calculando-se as reatâncias equivalentes

Abstract: The design of integrated inductors on silicon has become important, to reduce costs and to make easier line production of telecomunication ASICS. Nevertheless, there still exists a lack of theorethical background on the subject of inductor’s electrical parameters prediction, specialy if one figures that these values must fit experimental values through a wide range of very high frequency values. The electromagnetic simulation of inductors is an approach to solve the problem, but if worked in a nonsistematic way, demands a lot of time and skill from the designer, due to the inductors great number of specification variables. This work proposes a productive method to mount and to automatize a wide electromagnetic simulation, covering a great range of inductors that can be built using a specific technology. Of course, the design of such inductors follows certain patterns, already stabilished as reasanoble for design. Once having finished simulation of the inductors, electrical parameters and design data are stored in a relational database that contains tables of geometric parameters (design specication variables) and tables of electrical parameters (desired characteristics for circuit applications). Then it becomes an easy task to select the physical characteristics (design specification data) that are correlated to the electrical characteristics desired. A drawback is the time necessary to do this electromagnetic simulation. To reduce simulation time, the possibility of running the electromagnetic simulation partially has been studied. The technic employed was the selection of a reduced set of data to create generic neural networks to evaluate reactances. The reactances obtained using these methods were compared to the calculated equivalent reactances of lumped "pi" models, whose electrical parameters were evaluated through well-known empirical and analythical formulae