Методы улучшения добротности и снижения частотной дисперсии параметров интегральных катушек индуктивности: обзор и постановка исследовательских задач
DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-2-7-15
☷
- О ТУСУРе
- Абитуриентам
-
Студентам
- Первокурсникам
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Групповое проектное обучение
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Клубы по интересам
- Спорт в ТУСУРе
- Профком студентов
- Содействие трудоустройству
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Поддержка студенческих семей
- Поддержка участников СВО и их детей
- Многофункциональный центр
- Аспирантам
-
Сотрудникам
- Телефонный справочник
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Генератор рабочих программ
- Генератор ОПОП
- Генератор ИПРП
- Показатели эффективности труда ППС
- Спорт в ТУСУРе
- Профком сотрудников
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Выпускникам
- Партнёрам
Аннотация: Актуальность. Работа представляет собой обзор современных методов повышения добротности и снижения частотной дисперсии параметров интегральных катушек индуктивности; паразитные ёмкостные связи и омические потери ограничивают добротность и рабочую полосу частот интегральных индуктивностей, применяемых в согласующих цепях, фильтрах и резонаторах СВЧ-диапазона. Цель исследования. Систематизация современных под-ходов к проектированию планарных и объёмных интегральных индуктивностей, направленных на повышение добротности и снижение частотной дисперсии параметров, а также формулирование исследовательских гипотез в области конструктивно-топологической оптимизации. Методы. Аналитический обзор конструктивных решений, включая нерегулярную ширину проводников, фрактальные геометрии, многослойные структуры, методы экранирования подложки и способ соединения. Научная новизна. Комплексное рассмотрение факторов, определяющих добротность и частотную дисперсию интегральных индуктивностей, в совокупности с конструктивно-топологическими аспектами, ранее рассматриваемыми преимущественно раздельно. Результаты. Показано, что оптимизация геометрии витков и применение многоуровневой металлизации позволяют повысить добротность, при этом влияние способов соединения и взаимной ориентации многослойных структур остаётся недостаточно изученным; сформулированы гипотезы о возможности улучшения частотных характеристик за счёт комплексной оптимизации геометрии и топологии интегральных индуктивностей. Практическая значимость. Результаты обзора могут быть использованы при проектировании согласующих цепей, фильтров и резонаторов СВЧ-диапазона на этапе выбора геометрии и топологии интегральных катушек индуктивности.
Ключевые слова: интегральная индуктивность, добротность, частотная дисперсия параметров, собственный резонанс, паразитная емкость, топология СВЧ-схем, фрактальные структуры
Библиография статьи:
Власов С. В. Методы улучшения добротности и снижения частотной дисперсии параметров интегральных катушек индуктивности: обзор и постановка исследовательских задач / С. В. Власов, Е. С. Жечев // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2026. – Т. 29, № 2. – С. 7–15. DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-2-7-15
Авторы и правообладатели:
- Власов С. В. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
- Жечев Е. С. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
- 1. Nguyen N.M. Si IC-Compatible Inductors and LC Passive Filters / N.M. Nguyen, R.G. Meyer // IEEE Journal of Solid-State Circuits. – 1990. – Vol. 25, No. 4. – P. 1028–1031.
- 2. Оценка влияния отклонения конструктивных параметров интегральных LC-фильтров на их частотные характеристики / Ю.И. Егошин, А.А. Тюменцева, Т.С. Тимошенко, А.Н. Яковлев // Техника радиосвязи. – 2025. – № 1 (64). – С. 64–71.
- 3. Дубровин В.С. Оценка стабильности частотных характеристик управляемого фазовращателя // Вестник Астраханского гос. техн. ун-та. – Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. – 2015. – № 4. – С. 92–100.
- 4. Алимов А.П. Моделирование и проектирование избирательных усилителей второго порядка / А.П. Алимов, Б.Ф. Змий // Информатика: проблемы, методология, технологии: матер. XVI Междунар. науч.-метод. конф., Воронеж, 11–12 февраля 2016 г. / под ред. Н.А. Тюкачева. – Воронеж: Научно-исследовательские публикации, 2016. – С. 16–21.
- 5. Устройства приема и обработки сигналов в упражнениях и задачах: учеб. пособие / В.А. Аржанов, А.П. Науменко, А.И. Одинец, Т.В. Багаева. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. – 225 с.
- 6. A design methodology for RF/mmWave LNAs in 22 nm FD-SOI with cross-coupling-aware nested inductors and on-chip baluns / S. Drakakis, A. Michailidis, D. Tzagkas // Electronics. – 2026. – Vol. 15, No. 1. – Art. 25.
- 7. Пат. 4 867 703 США B2. Thin film structures with negative inductance and methods for fabricating inductors comprising the same / A. Widjaja, A. Sarangan (США). № 12/427,296; заявл. 21.04.2009; опубл. 07.06.2011. – 7 с.
- 8. Chen L. High inductance density in CMOS-compatible magnetically integrated 3D microinductors for radio-frequency applications / L. Chen, Z. Qiao, S. Liu, T. Noulis // Nature Communications. – 2025. – Vol. 16, No. 1. – P. 10072.
- 9. Ezhilarasu G. Integrated micro-capacitors and micro-inductors for next generation electronics / G. Ezhilarasu, S.S. Iyer // IEEE Nanotechnology Magazine. – 2024. – Vol. 18, No. 2. – P. 30–40.
- 10. Mi X. High-frequency applications / X. Mi, S. Ueda // Advanced Microwave Circuits and Systems / ed. V. Zhurbenko. – Hamburg: BoD – Books on Demand, 2010. – P. 249–268.
- 11. Shin K.R. Compact 5G n77 band pass filter with through silicon via (TSV) IPD technology / K.R. Shin, J. Arendell, K. Eilert // 2019 IEEE 20th Wireless and Microwave Technology Conference (WAMICON), Cocoa Beach, FL, USA, April 2019. – New York: IEEE, 2019. – P. 1–3.
- 12. Shaltout A.H. Layout optimization of planar inductors for high-efficiency integrated power converters / A.H. Shaltout, S. Gregori // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. – 2020. – Vol. 102, No. 1. – P. 155–167.
- 13. Птицын Д.В. О влиянии параметров регулируемой катушки индуктивности на значение мощности, измеряемой в RLC-цепях / Д.В. Птицын, Е.В. Птицына, А.Б. Кувалдин // Энерго- и ресурсосбережение XXI век: сборник матер. XII Междунар. науч.-практ. интернет-конф., Орёл, март–июнь 2014 г. – Орёл, 2014. – С. 61–64.
- 14. Computational analysis on self-resonance frequency of solenoid and planar inductor / M.S. Choi, S.J. Kim, Y.S. Lee, C.H. Cho, I.H. Seong, W.N. Jeong, S.J. You // Applied Science and Convergence Technology. – 2023. – Vol. 32, No. 2. – P. 54–57.
- 15. Агарков Н.Е. Влияние паразитной ёмкости согласующей цепи на вносимые потери антенного согласующего устройства // Техника радиосвязи. – 2025. – № 1 (64). – С. 40–55.
- 16. An overview of fully on-chip inductors / R. Ondica, M. Kovac, A. Hudec, R. Ravasz, D. Maljar, V. Stopjakova, D. Arbet // Radioengineering. – 2023. – Vol. 32, No. 1. – P. 11–22.
- 17. Spataro S. A Geometrically Scalable Lumped Model for Spiral Inductors in Radio Frequency GaN Technology on Silicon / S. Spataro, G. Sapone, M. Giuffrida, E. Ragonese // Electronics. – 2024. – Vol. 13, No. 13. – P. 2665.
- 18. Chen H.H. Analytic Design of On-Chip Spiral Inductor with Variable Line Width / H.H. Chen, Y.W. Hsu // Electronics. – 2022. – Vol. 11, No. 13. – P. 2029.
- 19. A review of engineering techniques for CMOS on-chip inductor design and quality factor enhancement from MHz-to-GHz frequency domains / S. Mariappan, J. Rajendran, N. Idros, A.A. Manaf, N. Kumar, A. Alghaihab, B.S. Yarman // IEEE Access. – 2025. – Vol. 13. – P. 140473–140499.
- 20. Борейко Д.А. Усовершенствованный подход к моделированию интегральных компонентов для LC-фильтров: спец-ть 05.13.10: дис. … канд. техн. наук. – Омск: Омский гос. техн. ун-т, 2017. – 187 с.
- 21. Ерохин В.В. Влияние характеристик технологического процесса на проектирование СВЧ LC-фильтров в СНК / В.В. Ерохин, С.А. Завьялов // Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем: матер. IX Всерос. науч.-техн. конф., Омск, 26–27 апреля 2022 г. – Омск: Омский гос. техн. ун-т, 2022. – С. 108–117.
- 22. Wu N. Microstructure Characterization and Interfacial Reactions between Au-Sn Solder and Different Back Metallization Systems of GaAs MMICs / N. Wu, Y. Hu, S. Sun // Materials. – 2020. – Vol. 13, No. 6. – Art. 1266.
- 23. Добуш И.М. Построение моделей пассивных элементов и автоматизированное проектирование СВЧ-монолитных усилителей с учетом влияния температуры: спец-ть 05.12.07 «Антенны, СВЧ-устройства и их технологии»: дис. … канд. техн. наук. – Томск, ТУСУР, 2012. – 199 с.
- 24. Effect of differently shaped spiral inductors on micro power integrated circuit / A. Namoune, R. Taleb, M.R. Benzidane, R. Melati, N. Mansour, Z. Benbouzid, H. Saidi // The Scientific Bulletin of Electrical Engineering Faculty. – 2024. – Vol. 24, No. 2. – P. 38–46.
- 25. Борейко Д.А. Исследование параметров катушек индуктивности, выполненных по LTCC-технологии / Д.А. Борейко, Т.С. Дьяченко, А.И. Тюменцев // Техника радиосвязи. – 2012. – № 17. – С. 73–83.
- 26. Tayenjam S. High-Q variable pitch spiral inductors for increased inductance density and figure-of-merit / S. Tayenjam, V. Vanukuru, K. Sundaram // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2019. – Vol. 66, No. 4. – P. 4481–4485.
- 27. Chavva S. Experimental analysis of irregularly shaped octagonal on-chip inductors for improving area-efficiency in CMOS RFICs for millimeter wave applications / S. Chavva, I. Raja // Integration. – 2025. – Vol. 100. – P. 102259.
- 28. Shaltout A.H. Layout optimization of planar inductors for high-efficiency integrated power converters / A.H. Shaltout, S. Gregori // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. – 2020. – Vol. 102, No. 1. – P. 155–167.
- 29. Chavva S. N-well patterning of P-type CMOS substrate for improving quality factor of on-chip inductors at millimeter wave frequencies / S. Chavva, I. Raja // 2025 38th International Conference on VLSI Design and 2024 23rd International Conference on Embedded Systems (VLSID), January 2025. – New York: IEEE, 2025. – P. 186–190.
- 30. Bjelica J.M. Modeling and performance analysis of planar fractal inductors / J.M. Bjelica, N.M. Djuric, S.M. Djuric // IEEE Transactions on Magnetics. – 2020. – Vol. 56, No. 11. – P. 1–8.
- 31. Alpaslan H. A new active device namely S-CCI and its applications: simulated floating inductor and quadrature oscillators / H. Alpaslan, E. Yuce, S. Minaei // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. – 2022. – Vol. 69, No. 9. – P. 3554–3564.
- 32. High-performance compact 3-D solenoids for RF applications / A. Cayron, C. Viallon, O. Bushueva, A. Ghannam, T. Parra // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. – 2018. – Vol. 28, No. 6. – P. 479–481.
- 33. Advances and perspectives in magnetic-integrated inductors for RF ICs / W. Hao, X. Li, Z. Pan, R. Miao, Z. Yue, C. Yang, A.Z. Wang // IEEE Transactions on Materials for Electron Devices. – 2024. – Vol. 1. – P. 106–120.
- 34. An overview of fully integrated switching power converters based on switched-capacitor versus inductive approach and their advanced control aspects / G. Kiran Kumar, T. Kobaku, S. Sahoo, B. Subudhi, D. Elangovan, F. Blaabjerg // Energies. – 2021. – Vol. 14, No. 11. – P. 3250.
- 35. Wouters H. Integrated inductor-transformers for high-frequency converters: an overview / H. Wouters, W. Martinez // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2025. – Vol. 40, No. 9. – P. 13157–13176.
- 36. Stability improvement of isolated multiple-output DC/DC converter using coupled inductors / E. Sanchis-Kilders, A. Ferreres, J.L. Gasent-Blesa, E. Maset, V. Esteve, J. Jordan, J.B. Ejea // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. – 2016. – Vol. 52, No. 4. – P. 1644–1653.
- 37. Fabrication of QFN-packaged miniaturized GaAs-based bandpass filter with intertwined inductors and dendritic capacitor / J. Chen, Z.J. Wang, B.H. Zhu, E.S. Kim, N.Y. Kim // Materials. – 2020. – Vol. 13, No. 8. – P. 1932.
- 38. Experimental evaluation of coupled-line tunable inductors with switchable mutual coupling / Y. Kim, J. Lee, S. Kim, C. Park // Electronics. – 2025. – Vol. 14, No. 16. – P. 3228.
- 39. Kolahian P. A comprehensive review on planar magnetics and the structures to reduce the parasitic elements and improve efficiency / P. Kolahian, F. Grimm, M. Baghdadi // Energies. – 2023. – Vol. 16, No. 7. – P. 3254.
- 40. Shahabi Ghahfarokhi N. Minimising capacitive couplings and distributing copper losses in planar magnetic elements: Masters by Research thesis. – Brisbane: Queensland University of Technology, 2010.
- 41. Lope I. First self-resonant frequency of power inductors based on approximated corrected stray capacitances / I. Lope, C. Carretero, J. Acero // IET Power Electronics. – 2021. – Vol. 14. – P. 257–267.
Рукописи статей направлять на адрес редакции:
journal@tusur.ru
Последний выпуск
Адрес редакции
Подписка на обновления
