微机械平面螺旋电感的Q值分析与结构优化

为优化微机械平面螺旋电感 ,提出了一种计算品质因数 (Q值 )的方法。通过系统分析影响平面螺旋电感 Q值的主要因素 ,获得硅微机械电感的简化模型 ,在此基础上采用电磁分析法讨论了射频条件下高频电磁场效应对电感寄生电阻的影响 ,从而得到了计算平面螺旋电感 Q值的方法。利用此方法对几何参数不同的几种线圈进行分析 ,获得了具有较高 Q值电感的优化结构。在 2 GHz的工作频率下 ,优化的平面螺旋结构线圈导线宽度和厚度分别为 10μm和5μm     

硅基完全集成DC/DC转换器中多层平面电感设计与建模

为提高完全集成低压低功率DC／DC转换器转换效率与输出电流能力，提出了一种多层混联螺旋电感结构．该结构基于标准0．5μm 2P3M CMOS工艺，将下面较薄的两层金属线圈多点并联，再与最上层金属线圈串联．多点并联结构有效地增加了等效金属层的厚度，串联结构增加了线圈之间的互感值，从而可以在不增加额外工艺成本的条件下显著提高平面电感的品质因数、单位面积电感值和电感线圈的电流承受能力．所提出的模型为完全集成DC／DC转换器的整体电路模拟分析提供了便利基础．基于0．5μm2P3MCMOS硅衬底工艺的模拟计算结果表明，在DC／DC转换器工作频段50～400MHz，取得了预期电感的设计效果，最大品质因数值达4．2，单位面积电感值达到83mH／m^2，可以承受的电流达90mA．电感芯片测试结果与模型模拟结果基本吻合．     

T形管液压成形自适应径向基函数优化设计

讨论T形管液压成形加载路径代理模型优化的设计.采用径向基函数(RBF)模型,引入自适应优化算法,通过逐步向静态RBF模型样本库中增加样本点的方法,提升最优点附近局部近似计算精度,进而提升全局精度并获得最优解.该方法兼顾了优化效率与计算精度.首先通过数值算例证明此方法应用于全局优化的有效性;然后,以管件与中间冲头接触面积最大为优化目标,以最大减薄率小于对标实验值、成形高度大于对标实验值为约束条件,通过拉丁方试验设计抽取一定数量的样本点并调用实际分析模型构建T形管液压成形加载路径优化自适应RBF模型,开展载荷路径优化设计.结果表明,在最小厚度与成形高度不变的情况下,T形管与中间冲头的接触面积较对标实验值提高了71.912%.     

约束条件下机翼的多目标响应面优化方法

本文提出一种在较强的工程约束条件下,开展机翼优化设计的高效率多目标方法。文中综合升力线理论和RANS的流场计算方法以及数学近似的响应面方法,研究在多种工程约束条件下,巡航设计点中升阻比和翼根弯矩的多目标优化问题。采用分步嵌套优化的方法,首先,固定平面形状外形,优化展向的扭转角分布;然后优化固定拓扑形式下的平面形状参数,对于每一个平面外形,展向扭转角分布的优化为平面形状优化的内迭代;最后通过响应面的结果得到双目标的近似Pareto锋面。该方法对完成特定约束条件下的气动设计具有参考价值。     

多种约束条件下机翼的双目标响应面优化方法

提出一种在较强的工程约束条件下,开展机翼优化设计的高效率多目标方法。综合升力线理论和RANS的流场计算方法以及数学近似的响应面方法,研究在多种工程约束条件下,巡航设计点中升阻比和翼根弯矩的多目标优化问题。采用分步嵌套优化的方法,首先,固定平面形状,优化展向的扭转角分布;然后优化固定形式下的平面形状参数,对于每一个平面外形,展向扭转角分布的优化为平面形状优化的内迭代;最后通过响应面的结果得到双目标的近似Pareto锋面。该方法对完成特定约束条件下的气动设计具有参考价值。     

并联式混合动力电动汽车全局优化控制

以一种充电保持型并联式混合动力电动汽车（PHEV）为研究对象，基于其整车及动力总成相关数学模型建立了以整个行驶工况消耗的总燃油量最小为目标的系统目标泛函，以及相关的机械特性、蓄电池电量保持等约束条件方程．然后采用Lagrange乘子法将有约束的极小值问题转化为无约束的极小值问题进行求解，得到PHEV的全局优化控制策略．最后基于Matlab／Simulink建立整车仿真模型，在几种不同的循环工况中对获得的全局优化控制策略进行仿真验证，并与采用瞬时优化控制策略得到的仿真结果进行比较．结果表明该全局优化控制策略切实可行，所获得的整车燃油经济性与采用瞬时优化得到的相比有所改善．     

高Q单运放模拟电感的最佳设计及其应用

本文提出一种高Q单运放模拟电感集成电路的最佳设计。通过最佳设计非理想运放的影响被减小至最低限度,从而使模拟电感电感量的偏差及品质因数Q值的偏差被降至最小位,Q达到最大位。作者对此模拟电感分别采用优化解及非优化解进行了实验。二种不同解的实验结果的明显对比表明了优化设计的巨大优越性。为了证明优化后模拟电感的优良性能,用它实现了一个话路八阶椭园高通滤波器。实验结果是相当理想的。     

单管感应电能传输系统参数全局优化

针对单管感应电能传输系统参数优化中存在的设计参数约束少、参数非全局最优等问题,提出一种参数全局优化算法。将系统效率最高作为目标函数,以原副边电感、电容等关键器件的电压、电流大小为约束条件,将工作频率、原副边电感、电容作为优化变量,建立系统的非线性规划数学模型,采用智能优化算法进行模型解算。为避免算法收敛于局部最优,设计了"遗传算法+模式搜索"的混合算法,即在遗传算法求得最优解的基础上,采用模式搜索进行深度优化。仿真和实验结果表明,提出的方法能从全局角度对系统进行整体优化,单次优化得到所有最优参数,减少了工作量;求解时的混合优化算法具有较优的全局搜索能力,可用于其他约束优化问题。     

硅基集成电路螺旋电感优化设计方法

针对于硅基集成电路中螺旋电感的建模、分析和设计提出了一种新的优化设计方法.在分析了已有的对称型电感和锥型电感结构之后,针对电感在高频时的物理特性和电感的具体结构,结合两种结构的优点,提出了更加合理的锥型对称电感,使得螺旋电感的电感值、品质因数、差分特性和自激振荡频率都有了显著的提高.本优化方法尤其适合高性能全差分电路设计过程中对高性能电感的要求.本优化设计选取典型的单层正方形螺旋电感作为测试对象,工作频率2.439 GHz,芯片面积最大值限定为250μm×250μm.     

三维水平井井眼轨迹设计最优控制模型及算法

针对三维水平井井眼轨迹优化设计问题，首次建立了以非线性状态方程为主要约束条件的目标控制模型，依该模型的特点，构造了改进的Hooke-Jeeves优化算法，为获得全局最优解，采用均匀设计方法选取初始点，计算结果证明了模型、算法及研制软件的正确性与有效性，而且具有计算时间短，结果精度高等特点。     

Design of Magnetic RF Inductor in CMOS

Traditional planar inductors in Radio Frequency (RF) Integrated Circuits (ICs) are plagued by large areas, low quality, and low frequencies. This paper describes a magnetic-based CMOS-compatible RF in-ductor. Magnetic-core inductors with various ferrite-filled structures, spiral structures, and magnetic material permeabilities were simulated to show that this inductor greatly improves the inductance by up to 97% and quality factor by 18.6% over a multi-GHz frequency range. The results indicate that the inductor is a very promising and viable solution to realize miniature, high quality, and high frequency on-chip inductors for high-end RF ICs.     

一种CMOS集成MEMS片上螺旋电感设计与仿真

 设计了一种与CMOS工艺兼容的MEMS片上螺旋电感。电感为矩形平面螺旋线圈结构,并采用电导率较高的铜代替铝制作线圈。利用MEMS技术设计了厚金属线圈,同时在CMOS级低阻硅衬底中刻蚀空腔,减小了线圈的串联电阻和衬底损耗,提高了电感的Q值。设计了与CMOS工艺相兼容的低温MEMS工艺和基于该工艺的1nH电感模型。使用HFSS软件对该电感模型进行仿真,结果表明,该电感在仿真频率为6.6GHz和10GHz时Q值分别达到了22.37和20.74,且自谐振频率大于20GHz,较传统的CMOS片上集成电感有明显改善;同时随着电感线圈厚度的增加,电感的Q值增加,而电感值(L值)则减小,且在仿真频段内电感值的变化小于5.5%。     

硅集成电路多层结构螺旋电感的建模和分析

使用电磁场方法对硅衬底上的多层结构螺旋电感进行了建模和分析，与典型的单层螺旋电感比较的结果表明，多层螺旋并联可以提高电感的等效厚度从而减小电阻损耗；多层螺旋串联则可以在相同面积下提高电感值，但由于导体间耦合电容的增大，最大品质因素（Q值）出现在较低频率，自谐振频率也降低。     

基于单片机的电感参数测量设计

利用电感的储能特性,可以与电容组成谐振电路;利用电感通直流阻交流特性,可以作为限流电感器﹑整流电路滤波器﹑带通滤波器等.使用时必须对电感参数进行测量,电感的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等.其中最主要的参数是电感量L、品质因数Q、分布电容C.使用带AD转换的STC5410AD单片机结合DDS芯片AD9833产生谐振频率来测出电感量、品质因数、分布电容.测量电感的工具主要有电感量仪、Q表、微处理器电感测试装置等.     

基于单片机的电感参数测量设计

利用电感的储能特性,可以与电容组成谐振电路;利用电感通直流阻交流特性,可以作为限流电感器﹑整流电路滤波器﹑带通滤波器等.使用时必须对电感参数进行测量,电感的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等.其中最主要的参数是电感量L、品质因数Q、分布电容C.使用带AD转换的STC5410AD单片机结合DDS芯片AD9833产生谐振频率来测出电感量、品质因数、分布电容.测量电感的工具主要有电感量仪、Q表、微处理器电感测试装置等.     

Fabrication of solenoid-type microinductor with different magnetic core schemes by MEMS technique

0 IntroductionThere has been a great demand on micro DC/DCconverter for the applications of the portable electronicproducts such as mobile communication product CDMA(Code Division Multiple Access) ,portable notebookcom-puter ,microprocessor ,digital camcorder andso on.Mag-netic components such as inductors and transformers arethe essential components in constructingthe power supplytransformer ,filter , oscillator , amplifier and micro DC/DCconverter ,andthe miniaturization of inductor an…     

抗过载片上集成MEMS悬浮螺旋电感

 针对微机电系统(MEMS)悬浮电感机械性能较差问题,设计了一种应用于高过载环境的片上集成MEMS 悬浮螺旋电感。通过采用一种新颖的阶梯式螺旋线圈结构,有效减小了悬浮线圈在高过载环境中的变形与应力。利用ANSYS 和HFSS 软件对设计的电感力学性能和射频性能进行联合仿真。仿真结果表明,采用阶梯式螺旋线圈的MEMS 悬浮电感的抗过载能力比采用等截面线圈的传统MEMS 悬浮电感提高了近3 倍,并且具有相当的射频性能;与增加了支撑柱的等截面MEMS 悬浮电感相比,所设计的MEMS 悬浮电感具有与之相当的力学性能,但是其射频性能明显优于增加了支撑柱的电感。     

基于阻抗变换器的几种仿真电感的性能研究

讨论了用不同有源器件实现的几种阻抗变换器以及相应的仿真电感的实现电路,用Pspice软件对常见的接地仿真电感的性能进行了分析和比较.结果表明,仿真电感只有在一定的频率范围内才接近于理想电感,该频率范围的大小受到有源器件带宽的影响.     

涡流检测多层平板导体参数的频率选择方法

涡流检测多层平板导体参数具有重要意义,其中激励频率的选择是关键。针对正弦涡流法检测多层平板导体厚度与电导率问题,以被测导体上方空心圆柱线圈散射场电感为测量量,提出通过求解灵敏度函数选择激励频率的方法。对于检测线圈尺寸参数已知、被测多层平板导体参数可估计的情况,利用灵敏度函数曲线可以得到任意被测参数检测灵敏度最大值及所对应的频率,在各参数灵敏度函数最大值所对应的频率附近分别选取3～4个频率点,实现激励频率的选择。最后进行三层平板导体厚度与电导率检测实验,在相同的频率区间内,分别利用灵敏度函数选频法和平均选频法对散射场电感扫频测量结果进行频率选择,实验结果显示前者各参数检测误差普遍小于后者,验证了灵敏度函数选频法的有效性。     

小功率磁耦合谐振式无线电能传输频率分裂的研究

针对在磁耦合谐振式无线电能传输过程中当传输距离到达一定值后,耦合因数超过临界耦合值而出现的频率分裂问题。利用互感耦合理论和等效电路模型对系统进行建模分析,得出负载电压和传输效率与耦合因数、失谐因子的关系表达式,并对其频率特性进行分析。为了改善系统在过耦合状态出现的负载电压频率分裂问题,采用了在保持其轴向距离不变的前提下,横向移动接收侧线圈的方式。进行了小功率磁耦合谐振式无线电能传输实验,结果表明通过横向移动接收侧线圈,可以有效改善频率分裂的问题,为无线电能传输在现实中应用提供了有效参考。