I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9 ,   pp .   937 ~ 948   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 4 .i 2 . pp 937 - 948             937       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   E l e c t r o n i c   c o n t r o l l e d   C M OS   i n d u c t o r   w i t h   p a t t e r n e d   m e t a l   g r o u n d   sh i e l d s   f o r   f i n e   i n d u c t a n c e   t u n i n g   a p p l i c a t i o n       N u r   S yah ad ah   Y u s o f 1 ,   N o r l a i l i   M o h d   N o h 2 ,   Jagad h e s w a r an   R aje n d r an 3 ,   A s r u l n i z am   A b d   M an a f 4 S h u k r i   K o r a k k o tti l   K u n h i   M o h d 5 ,   Y u s m an   M o h d .   Y u s o f 6 H ar i k r i s h n an   R am i ah 7 ,     M o h am e d   F au z i   Bi n   P ac k e e r   M o h am e d 8   1 , 2 , 8 S c h oo l   o f   E l e c t r i c a l   &   E l e c t r o ni c   E ng i n e e r i ng ,   U n i v e r s i t i   S a i ns   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a   3 , 4 , 5 C o l l a bo r a t i v e   M i c r o e l e c t r o ni c   D e s i g E xc e l l e nc e   C e n t r e   ( C E D E C ) ,   U n i v e r s i t i   S a i ns   M a l a y s i a ,   M a l a y s i a   1 , 6 Si l t e r r a   M a l a y s i a   S dn.   B h d,   K u l i m   H i - T e c P a r k,   K u l i m ,   M a l a y s i a   7 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   F a c ul t y   of   E ng i ne e r i ng ,   U n i v e r s i t i   M a l a y a ,   M a l a y s i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e S e 21,   2 018   R e v i s e D e c   23 ,   2018   A c c e pt e J an   12 201 9       T hi s   pa pe r   i s   o a i n duc t a nc e   f i ne   t uni ng   t e c hn i qu e   w h i c be ne f i t s   f r o m   t h e   i de a   o f   v a r y i ng   t he   num b e r   o f   m e t a l   p l a t e s   o f   a i nd uc t o r s   pa t t e r g r o und  s hi e l ( P G S )   s ho r t e t o   g r o und  t o   c ha ng e   i t s   m a g ne t i c   f i e l d s .   T h i s   t e c hni que   i s   un i qu e   be c a us e   t h e   g e o m e t r y   a nd  ph y s i c a l   s ha p e   o f   t he   i nduc t o r   r e m a i ns   unt o uc he f r o m   i t s   f o r m   i t he   p r o c e s s   de s i g k i t   ( P D K )   w hi l e   t he   i nduc t a nc e   i s   be i ng   t un e d .   T he   num be r   o f   m e t a l   s h i e l ds   s ho r t e t o   g r o und   w a s   c o nt r o l l e by   a e l e c t r o ni c   c i r c ui t   w h i c c o ns i s t s   o f   a na l o g - to - di g i t a l   c o n v e r t e r s   a nd  a c t i v e   s w i t c he s .   B o t S o nne t   E M   s i m ul a t o r   a nd   C a de nc e   V i r t uo s o   w e r e   u s e f o r   t he   i nduc t o r   a nd  c i r c ui t   s i m ul a t i o ns .   F r o m   t he   s i m u l a t i o n,   i t   w a s   f o und  t ha t   t he   i nduc t a nc e   i nc r e a s e w h i l e   t he   Q - f a c t o r   de c r e a s e a s   m o r e   m e t a l   s h i e l d s   w e r e   s ho r t e t o   g r o und.   F o r   i ns t a nc e ,   a t   1 . 6   G H z ,   t he   s i m u l a t e i nduc t a nc e   w a s   8 . nH   w he a l l   m e t a l s   w e r e   f l o a t e a n 9. nH   w h e a l l   m e t a l s   w e r e   s ho r t e t o   g r o und.   O t he   o t he r   h a nd ,     t he   s i m u l a t e Q - f a c t o r   w a s   10. w h e a l l   m e t a l s   w e r e   f l o a t e a nd   9. 8   w he n   a l l   m e t a l s   w e r e   s ho r t e t o   g r o und.   F r o m   bo t s i m u l a t i o a nd  m e a s u r e d   r e s ul t s ,   bo t i nduc t a nc e   a nd  i nduc t a nc e   t un i ng   r a ng e   i nc r e a s e w i t h   f r e que nc y .   F r o m   t he   m e a s u r e r e s ul t s   t o o ,   t he   i nduc t a nc e   o bs e r v e w a s   9. nH   a t   1. G H z ,   10. nH   a t   G H z ,   a nd  13 . nH   a t   2. G H z   w he a l l   t he   m e t a l   s hi e l d s   w e r e   s ho r t e t o   g r o und.   T he   i nduc t a nc e   t un i ng   r a ng e   w a s   6 . 2%   a t   1. G H z ,   12. 5 %   a t   G H z ,   a nd  20 %   a t   2 . G H z .   T he   m e a s u r e r e s ul t s   s ho w e g oo c o r r e l a t i o w i t t h e   s i m u l a t e r e s u l t s   t r e n d,   bu t   w i t s m a l l e r   v a l ue   o i nduc t a nc e ,   i nduc t a nc e   t un i ng   r a ng e   a nd   Q - f a c t o r .   Ke y w or ds :   E l e c t r o n i c   c o nt r o l l e d   In d uc t a n c e   v a r i a t i o n     M a g n e t i c   f i e l d   P a t t e rn e m e t a l   g r o u n d   s h i e l d   T u n a b l e   i n duc t o r   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   N o r l a i l i   M o h d   N o h,     S c h o o l   of   E l e c t ri c a l   a nd  E l e c t r o n i c   E n g i n e e ri n g ,   U n i v e r s i t i   S a i n s   M a l a y s i a   E n gi n e e r i ng  C a m pus ,   S e be r a n g   P e ra i   S e l a t a N i b o n T e b a l ,   P e n a ng  14300 ,   M a l a y s i a .   E m a i l :   e e l a i l i @ us m . m y       1.   I N TR O D U C TI O N   R e c e n t l y ,   r e s e a r c h e r s   a r e   i nt e r e s t e i de v e l o pi n o n - c h i ps   t u n a b l e   i n d uc t o r s .   T h e   de m a nd  o f   t h e   on - c hi ps   t u na b l e   i n duc t o r s   i n c r e a s e s   e s pe c i a l l y   i n   r a d i o   f r e que n c y   ( R F a n m i c r o w a v e   a ppl i c a t i o n s .   T h i s   i s   b e c a us e   i n duc t a n c e   v a r i a t i o n   due   t o   p r o c e s s   v a r i a t i o n   a n u n p r e di c t e p a r a s i t i c   i s   u na v o i da b l e   a f t e r   f a b r i c a t i o n .   T h e   e f f e c t s   of   i n duc t a n c e   v a ri a t i o n   a r e   c r uc i a l   e s pe c i a l l y   fo r   f r e que n c y   s e n s i t i v e   c i r c ui t s   s uc a s   o s c i l l a t o r s .   H e n c e ,   i t   i s   us e f ul   t h a v e   f l e xi b i l i t y   fo r   i n duc t a n c e   f i n e   t uni n a f t e r   f a b r i c a t i o n   a s   r e - f a b r i c a t i o n   i s   c o s t l y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     937     9 48   938   In  t hi s   pa pe r,   a   s ui t a b l e   i n duc t a n c e   f i n e   t u ni n t e c hn i q ue   i s   p r e s e n t e w hi c i s   s ui t a b l e   t o   a n y   a v a i l a b l e   P D K   m o n o l i t h i c   o n - c h i i n duc t o r .   I n   ge n e r a l ,   t hi s   t e c hni que   ut i l i z e t h e   i de a   o f   c h a n gi ng  t h e   m a g n e t i c   f i e l of   t h e   pl a na r   i n d uc t o r   by   s h o r t i n t h e   m e t a l   s hi e l ds   o f   t h e   P G S   i n   t u rn   t o   t h e   g r o und.   P r e v i o us l y ,   P G S   w e r e   s o l e l y   us e t i s o l a t e   t h e   i nduc t o r   f o r m   t h e   s ub s t r a t e   w i t h o ut   t u ni n c a p a b i l i t y   c o n s i de r a t i o n   [1] ,   [ 2] .   H ow e v e r ,   i t hi s   r e s e a r c h,   P G S   w e r e   ut i l i z e t o   t u n e   t h e   i n duc t a n c e   v a l ue ,   by   s h o r t i n g   t h e   m e t a l   f i nge r s   o f   t h e   s h i e l o n e   by   o n e   t o   t h e   g r o u n d .   T o   t h e   b e s t   of   o ur   kn o w l e dge ,   t hi s   i s   t h e   f i r s t   t i m e   s uc h   t e c hni que   i s   i m p l e m e n t e i n   s t a nda rd  CM O S   pr o c e s s   i n   o r de r   t o   t u n e   t h e   i nduc t a n c e   v a l ue .   T h e   w o r i t h i s   pa pe r   w a s   f oc us i n o n   t h e   e ff e c t   of   m a gn e t i c   f i e l v a r i a t i o n   o n   t h e   i nduc t a n c e   t u ni n g   ra n ge .   T h i s   p a pe r   a l s o   di s c us s e o n   t h e   i m pa c t   o f   t h s   pa t t e rn e g r o un d i n g   t ow a r ds   t h e   qu a l i t y   f a c t o r   o r   s i m p l y   kn ow n     a s   Q - f a c t o r .   P a s s i v e   c o m po n e n t s   s uc h   a s   i nduc t o r s ,   c a p a c i t o r s ,   a n r e s i s t o r s   a r e   i m po r t a n t   e l e m e n t s   i n   R F   c i r c ui t   de s i gn.   N e v e r t h e l e s s ,   t h e s e   pa s s i v e   c o m po n e n t s   a r e   a l s o   t he   l i m i t a t i o n   f a c t o r s   i n   t e rm s   of   pe r fo r m a n c e   a n d   c os t   i n   R F   c i r c ui t   de s i g n .   E s pe c i a l l y   i n   i nt e gra t e c i r c ui t   (I C)  de s i gn,   t h e   i n d uc t o r   c o n s um e s   a   l a rge   l a y o ut   a r e a   a n ha v i ng  m a n y   i n duc t o r s   i n   a   c i r c ui t   m e a n s   a   hi g h e r   c o s t   fo r   f a b r i c a t i o n .   I n   IC  de s i g n   t o o ,     t h e   s e m i c o n duc t o p a r a s i t i c   a f f e c t s   t h e   o v e r a l l   v a l ue   o f   t h e   i nduc t a n c e   a n d   c a p a c i t a n c e .   P r e v i o us l y ,   r e s e a r c h e r s   w e r e   fo c us i n o n   t h e   Q - f a c t o r   a n t h e   s ub s t r a t e   l o s s e s   w h e n   de s i g n i ng  a i n duc t o f o r   h i g f r e que n c y   a ppl i c a t i o n s .   T h e s e   t w o   f a c t o r s   de t e rm i n e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   i nduc t o [3]   A   go o pe r f o r m a n c e   i n duc t o r   s h o ul d   h a v e   h i g Q - f a c t o a n d   l o w   s ub s t r a t e   l o s s e s .   S uppo s e dl y ,   a t   h i g h   f r e que n c y ,   t h e   Q - f a c t o r   s h o ul b e   hi g h   b ut   u n f o r t u n a t e l y   i t   i s   n o t   due   t o   t h e   s ub s t r a t e   l o s s e s .   T h e   i n duc t o e qui v a l e n t   c i r c u i t   f o r   t h e   Q - f a c t o r   m o de l i n i s   s h o w n   i n   F i g ur e   1.   F r o m   t ha t ,   t h e   i nduc t o r ’s   Q - f a c t o r   c a n   b e   de r i v e a s   [3] :       R p C p C s R s L s     F i gu r e   1 .   T h e   i nduc t o e qui v a l e n t   c i r c ui t   f o r   t h e   Q - f a c t o r   m o de l i n [3]                                 [ (           )       ]       [           (           )               (           ) ]   (1)                                                                                                          (2)     w h e r e   ω   i s   de f i n e a s   t h e   ra d i a f r e que n c y ,         i s   t h e   s e ri e s   i nduc t a n c e ,         i s   t h e   s e r i e s   r e s i s t a n c e ,         i s   t h e   c o upl i n g   r e s i s t a n c e ,         i s   t h e   c o upl i n g   c a pa c i t a n c e ,   a n d         i s   t h e   s e r i e s   c a p a c i t a n c e   b e t w e e n   m e t a l   l i n e s .     F r o m   t h e   f i r s t   t e rm   i ( 1),   i t   i s   c l e a t ha t   Q   i s   p r o po r t i o na l   w i t       b ut   i n v e r s e l y   p r o po r t i o n a l     w i t     A s   s h o w i n (1 )   c a b e   f ur t h e de f i n e a s   i ( 2 ).   T h e   f i r s t   t e rm   de n o t e s   t h e   m a g n e t i c   e n e r gy   s t o r e i n   t h e   i n duc t o r   a n t h e   o hm i c   l o s s   i n   t h e   s e ri e s   r e s i s t a n c e .   F o r   t h e   s e c o n t e rm   i n   t h e   s a m e   e qua t i o n ,   s ub s t r a t e   l o s s   i s   due   t o   t h e   c a pa c i t i v e   a n i nduc t i v e   c o upl i ng.   T h e   c a pa c i t i v e   c o upl i n f r o m   t h e   m e t a l   l a y e r   t o   t h e   s ub s t r a t e   i n duc e s   t h e   di s pl a c e m e nt   c u rr e n t   due   t o   t h e   v a r i a t i o i t h e   s ub s t ra t e   po t e n t i a l .   O n   t h e   o t h e r   ha n d ,   a n   i nduc t i v e   c o upl i n g   h a p pe n s   w h e n   t h e   m a g n e t i c   f i e l f r o m   t h e   m e t a l   pe n e t r a t e s   t h e   s ub s t ra t e   a nd  i n duc e s   a e ddy   c ur r e n t .   B o t di s p l a c e m e nt   a n e ddy   c urr e n t s   c a us e   t h e   s ub s t ra t e   l o s s   w h i c c o n s e que n t l y   r e duc e s   t h e   i n d uc t o r ’s   pe r f o r m a n c e   [3] .   In   o r de r   t o   c a t e r   f o r   t h e   s ub s t r a t e   l o s s ,   r e s e a r c h e r s   i n   [3] [5]   us e   m e t a l   gr o u n s hi e l ds   t o   i s o l a t e   t h e   m e t a l   l a y e r   f r o m   t h e   s i l i c o n   s ub s t ra t e .   T h e   m e t a l   g r o un s hi e l ds   c a n   b e   e i t h e r   s o l i o r   p a t t e rn e d.   H ow e v e r ,     a   s o l i gr o u n s h i e l r e duc e pe r f o r m a n c e   of   t h e   i n duc t o r   a s   i t   i n duc e a n   e dd y   c ur r e n t .   T hi s   c o r r e s po n d i n g   c urr e n t   p r o duc e t h e   m a g n e t i c   f i e l ds   w h i c h   n e ga t i v e l y   c o upl e w i t h   t h e   m a g n e t i c   f l ux  f r o m   t h e   s pi r a l   i n duc t o r.   T hi s   c a us e s   t h e   i nduc t a n c e   t o   dr o p.   T h e   P G S ,   o t h e   c o n t ra r y ,   r e s t r i c t s   f o r m a t i o n   o f   t h e   i n d uc e d   c urr e n t .   T h us ,   t h e   i nduc t a n c e   i t h e   i nduc t o r e m a i n s   u n c ha nge d.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E l e c t r o ni c   c ont r o l l e CMO S   i nd uc t or   w i t pa t t e r ne d   m e t al   g r ound  s hi e l ds   f or   f i ne   ( Nur   S y ahada Y us o f )   939   M a n y   m e t h o ds   w e r e   i n t r o duc e by   r e s e a r c h e r s   t o   e nha n c e   t h e   Q - f a c t o r   o f   t h e   i n duc t o r.     A s   a e xa m p l e ,   F o r b e s   i n   [ 6]   us e a   f i e l e f fe c t   t r a n s i s t o r   a n t w o   i n duc t o r s   a rra n ge i a   f e e d b a c l o o p.     T h e   f i r s t   i nduc t o w a s   c o n n e c t e t o   t h e   ga t e   w h i l e   t h e   s e c o n i n d uc t o r   w a s   c o nn e c t e t o   t h e   s o ur c e .   T h e   b e s t   Q - f a c t o r   w a s   a c h i e v e w h e n   b o t h   i nduc t o r s   w e r e   s pi r a l - s ha pe d,   a n t h e   f i r s t   i n d uc t o r   w a s   l a rge t ha t   t h e   s e c o n i n d uc t o r .   T h o ug h   i m p r o v e m e n t s   i n   t h e   s ub s t ra t e   l o s s   a n Q - f a c t o r   c o nt r i b ut e t o   go o i n duc t o c h a ra c t e ri s t i c s ,   t h e y   do   n o t   f ul f i l   t h e   pu rpo s e   i f   i nduc t a n c e   t u na b i l i t y   w a s   t h e   r e qui r e m e nt .   A t   p r e s e n t ,   r e s e a r c h e r s   a r e   i nt e r e s t e i n   de v e l o pi n g   a   t u na b l e   i n duc t o r.   T h e r e   a r e   a   f e w   f r e que n c y   t u n i ng  t e c hni que s   a v a i l a b l e .   O n e   o f   t h e   t e c hn i q ue s   i s   t h e   c o unt e ra c t i v e   m a g n e t i c   f i e l i n d uc t i o n.   I t   c o n t r o l s   t h e   m a g n e t i c   f l ux   o f   t h e   i nduc t o r s   by   pa r t i a l l y   o r   f ul l y   s h i e l d i n i t .   A c c o r di n g   t o   L e n z ’s   l a w ,   a s   t h e   m a g n e t i c   f l ux  of   t h e   s pi r a l   i n duc t o r   pa s s e s   t hr o ugh   t h e   m e t a l   pl a t e ,   a n   e ddy   c ur r e n t   s t a r t s   t o   m o v e   i n   t h e   m e t a l   pl a t e   a n s ub s e que n t l y   i n duc e s   a   c o un t e r a c t i v e   m a g n e t i c   f i e l d.     In   [7 ] ,   t h e   a ut h o r s   i nt r o duc e a   pa r a l l e l   m o v i n m e t a l   o n   t o of   t h e   pl a na r   s pi ra l   i nduc t o r   t o   s hi e l m a g n e t i c   f l ux  w h i c h   pe n e t r a t e t h e   i nduc t o r.   W h e n   t h e   c a p a c i t a n c e   b e t w e e n   t h e   e l e c t r o de s   of   i n duc t o r s   a s   w e l l   a s   t h e   m e t a l   s hi e l d   i n c r e a s e d,   i t   c a us e i n duc t a n c e   v a r i a t i o n   due   t o   pe r m i t t i v i t y   v a r i a t i o n .   R e s e a r c h e r s   i [8]   ut i l i z e f e rr o f l ui a c t u a t i o n   t o   v a r y   t h e   pe r m e a b i l i t y   di s t r i b ut i o n   o t h e   pl a na r   s pi r a l   i n duc t o r,   w h i c h   r e s ul t e i n   i n duc t a n c e   v a r i a t i o n .   T o   e n a b l e   fe rr o f l ui a c t ua t i o n,   a n   e xt e rna l   b i a s i ng  f i e l w a s   n e e de t o   a l l o w   r e pe l l i n o f   t h e   f l ui d   f r o m   t h e   i nduc t o r .   I n   a ddi t i o n,   a n   a c t ua t i o pl a n a c o i l   w a s   r e qui r e d   t o   ge n e ra t e   m a g n e t i c   f i e l d .   N e xt ,   r e s e a r c h e r s   i n   [9]   us e pi z o m a g n e t i c   c o r e   t o   c o n t r o l   t h e   i n duc t a n c e   of   t h e   M E M S   i n d uc t o r .   T h e   p r o po s e i n duc t o r   w a s   m a de   up   o f   t h e   P Z T   b r i dge   b e t w e e n   t h e   t w o   e l e c t r o de s .   W h e n   a   D C   v o l t a ge   t y pi c a l l y   f r o m   V   t 10  V   w a s   a ppl i e t o   e a c h   pa i r   o f   t h e   s i de d - e l e c t r o de s ,   i t   s h o rt e o r   e xt e n de t h e   c e n t r a l   pa r t   o f   t h e   P Z T   b r i dge .   T h e   u n i a xi a l   t e n s i l e   o r   c o m p r e s s i v e   pl a na r   s t r e s s   w a s   t r a n s f e rr e t o   t h e   f e r r o m a g n e t i c   c o r e ,   c ha n gi ng  i t s   pe rm e a b i l i t y   a n d   i n c d uc t a n c e   due   t o   t h e   m a g n e t o s t a t i c   e ff e c t .   P r e v i o us   w o r i n   [1 0]   s h o w e t ha t   a e l e c t ri c a l l y   t una b l e   R F   i n duc t o r,   b a s e o n   a   pl a na r   s o l e n o i w i t h   a   t hi n - f i l m   f e rr o m a g n e t i c   (F M c o r e   (N i F e ),   c o ul b e   a c h i e v e d.   H ow e ve r ,   t h i s   de s i g n   r e qui r e a n   e xt ra   D c urr e n t   t hr o ug h   t h e   s a m e   de v i c e   t o   v a r y   t h e   e ff e c t i ve   pe r m e a b i l i t y   of   t h e   F M   c o r e   t ha t   c a us e t h e   i n duc t a n c e   v a l ue   t o   v a r y .   S a t o   e l   a l . ,   i n   [11]   us e t h e   c i r c um f e r e n t i a l   w i r i ng  t o ge t h e r   w i t h   a   s w i t c h   t o   t u n e   t h e   i n duc t a n c e   v a l ue   of   t h e   i n duc t o r.   T hi s   w i ri n g ,   w h i c h   w a s   kn o w n   a s   a   l oo c o n duc t o r ,   pl a c e a r o u n t h e   s p i r a l   i n d uc t o r   w i t h   a   s w i t c h   a t   o n e   e nd.   W h e n   t h e   s w i t c h   w a s   o pe n e d,   n o   c urr e n t   w a s   i n d uc e i t h e   l o o c o n duc t o r.   S ub s e que n t l y ,   w h e n   t h e   s w i t c h   w a s   s h o rt e d,   t h e   l o o c o n duc t o r   b e c a m e   a   c l o s e l oo p.   T h e   m a g n e t i c   f l ux  f r o m   t h e   s pi r a l   i n duc t o r   pa s s e t hr o ug h   t h e   l o o a nd  i n duc e a n   e ddy   c ur r e n t   w hi c h   c a us e t h e   i n duc t a n c e   v a l ue   t o   c ha n ge ,   s i m i l a t o   e xp l a n a t i o g i v e n   i n   [ 1],   [3] ,   [4] .   L o k e   e t   a l .   [12]   us e t r a n s i s t o r s   t o   v a r y   t h e   m a g n e t i c   f l u of   t h e   i n duc t o r .   T h e   t ra n s i s t o r s   w e r e   a rr a nge s o   t h a t   t h e i ga t e   s t r uc t u r e s   w e r e   o r t h o go n a l   t o   t h e   t u rn s   o f   t h e   i n duc t o r.   T h e   t r a n s i s t o r s   r e s e m b l e d   t h e   s o l i g r o u n s hi e l (S G S )   w h e t h e y   w e r e   o n .   T hi s   ha p p e n e due   t o   t h e   c u rr e nt   t h a t   w a s   i nduc e w h i c h   c h a nge t h e   m a g n e t i c   f l ux  i n   t h e   i n duc t o r .   Co n s e que n t l y ,   t h e   i n duc t a n c e   v a l ue   dr o ppe d.   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   t ra n s i s t o r s   r e s e m b l e P G S   w h e n   t h e y   w e r e   off .   T h i s   i s   b e c a us e   t h e   i nduc t a n c e   r e m a i n e d   u n c h a n ge d   s i n ce  t h e   P G S   r e s t r a i n e t h e   f o r m a t i o n   o f   t h e   e ddy   c ur r e n t .   In   [13 ] ,   r e s e a r c h e r s   a do pt e di f fe r e n t   c o n f i gu r a t i o n s   t o   t un e   t h e   i n duc t a n c e   v a l ue   a n t o   v a r y e   t h e     Q - f a c t o r   i n   a   v o l t a ge - c o n t r o l   o s c i l l a t o r .   T h e   de s i g n   w a s   m a d e   up  of  a   pa i r   o f   i n duc t o r s ,   a n t h e   r e s i s t a n c e   of  s w i t c h .   T o   v a r y   t h e   i n duc t a n c e ,   t h e   s e c o n i nduc t o r   ha s   t o   b e   i n c l ude o e xc l ude i t h e   c i r c ui t .   A   s e ri e s   c o n f i gur a t i o n   a l l o w e h i g h e r   t u ni n ra n ge   b ut   r e duc e t h e   Q - f a c t o r .   T h i s   ha ppe n e a s   t h e   r e s i s t a n c e   of   t h e   s w i t c h   w a s   a dde i n   s e r i e s   w i t h   t h e   f i r s t   i n duc t o r,   w h e t h e   s e c o n i nduc t o w a s   s h o rt e t o   g r o u n d .     In  c o n t r a s t ,   a   pa ra l l e l   c o n f i gu r a t i o w a s   a b l e   t o   de m o n s t r a t e   be t t e r   Q - f a c t o r   a s   t h e   r e s i s t a n c e   o f   t h e   s w i t c h   w a s   a dde i p a r a l l e l   w i t h   t h e   f i r s t   i n duc t o r .   U n fo r t u na t e l y ,   t h e   a f o r e m e nt i o n e w o r ks   w e r e   i m p ra c t i c a l   t o   i n t e g ra t e   w i t h   CM O S   a n n o t   s ui t a b l e   fo r   m a s s   pr o duc t i o n .   I n   a dd i t i o n,   s o m e   of   t h e   t e c hn i q ue s   m i ght   o nl y   be   r e a l i z e w h e n   c ha n ge s   w e r e   m a de   t t h e   e xi s t i n f a b ri c a t i o n   p r o c e s s   of   t h e   i n duc t o r.   H e n c e ,   a   m e t h o t o   e n a b l e   t h e   i n duc t a n c e   f i n e   t u n i ng  w i t h o ut   c h a ngi n g   t h e   p h y s i c a l   s ha pe   a n ge o m e t r y   of   a n y   a v a i l a b l e   P D K   o n - c hi i n duc t o w i l l   de f i ni t e l y   be n e f i t   t h e   R F   i nt e gra t e d   c i r c ui t   (R F IC)  de s i g n e r s   t o   e na b l e   f i r s t   t a pe - o ut   s uc c e s s .     T h i s   w o r w a s   c o n duc t e t o   de m o n s t ra t e   a   f i n e - t u n i ng  t e c h ni que   t o   v a r y   t h e   i nduc t a n c e   o f   a   m o n o l i t hi c   o n - c h i i nduc t o r.   T h i s   t e c hn i que   di d   n o t   c ha n ge   t h e   p h y s i c a l   s ha pe   a nd  ge o m e t r y   of   t h e   a v a i l a b l e   i n duc t o r.   It   c a n   b e   a dde t o   a n y   a v a i l a b l e   P D K   i n duc t o r   w i t h o ut   c ha n g i n i t s   f a b r i c a t i o n   p r o c e s s e s .     T h i s   p r o po s e t un a b l e   i n duc t o r   i s   s ui t a b l e   t o   be   us e i n   RF   a ppl i c a t i o n   c i r c ui t ri e s ,   e s pe c i a l l y   i n   f r e q ue n c y   s e n s i t i v e   c i r c ui t s   l i ke   t h e   o s c i l l a t o r .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     937     9 48   940   2.   R ES EA R C H   M ET H O D   T h i s   p a pe r   p r e s e nt s   a   n e w   a pp r o a c t o   a c h i e v e   a   f i n e - t u ni n g   ra n ge   o f   t h e   i nduc t o r   w i t h o ut   c h a ngi n g   i t s   p h y s i c a l   s h a pe   a n ge o m e t r y .   T h e   c ha n ge   i n   m a g n e t i c   f i e l w a s   a c hi e v e by   s h o r t i ng  t h e   m e t a l   s h i e l ds   i t u rn   t o   t h e   g r o u n d.   T h e   m e t a l   s hi e l ds   w e r e   de t a c h e f r o m   e a c h   o t h e r.   T hi s   a l l o w e a   f i n e - t u ni n g   r a nge   o f   t h e   i n duc t o by   s h o r t i ng  t h e   m e t a l   s hi e l ds   o n e   b y   o n e   t o   t he   gr o u n d.   T h e   i n duc t o r   s h o w e t h e   m a xi m u m   i n duc t a n c e   v a l ue   w h e a l l   t h e   m e t a l   s h i e l ds   w e r e   gr o u n de d.   S i m ul a t i o n   o n   t h e   i n duc t o r   w a s   pe r f o r m e us i n g   S o n n e t   E M   s i m ul a t o r   w h i l e   t h e   e l e c t r o ni c   c i r c ui t   c o n t r o l l i n g   t h e   g r o un d i n o f   e a c h   m e t a l   s h i e l w a s   v e r i f i e us i n Ca de n c e   V i r t uo s o .     2 . 1 .     D e s i gn   o Th e   Tu n ab l e   I n d u c to r   A l l   de s i g n   p r o c e s s e s   w e r e   c o n duc t e i n   Ca de n c e   V i r t uo s a n S o nn e t   E M .   F i gu r e s   t o   s h ow   t h e   2D ,   3D   a nd  o v e r a l l   l a y o ut   v i e w s   of   t h e   p r o po s e i n duc t o r .           (a )   (b )     F i gu r e   2 S o nn e t   2D   v i e w   o f   t h e   (a t u n a b l e   i n duc t o a nd  (b s w i t c h e s   m o de l e a s   r e s i s t o r s           Fi gu r e   3 .   S o nn e t   3D   v i e w   o f   t h e   p r o po s e v a r i a b l e   i n duc t o w i t h   m e t a l   s hi e l ds   a n d   s w i t c h e s   t o   t h e   gr o u n d   (m o de l e a s   r e s i s t o r s )       F i gu r e   4 .   L a y o ut   of   t h e   p r o po s e t u n a b l e   i n duc t o i c a de n c e   v i rt uo s o       2 . 2   M e c h an i s m   o S h o r ti n an d   F l o ati n g   th e   P G S   M e t al   S h i e l d s   o th e   Tu n ab l e   I n d u c to r   S w i t c h e s   w e r e   us e d   t o   gr o un t h e   m e t a l   s hi e l ds .   T h e r e   w e r e   32  s w i t c h e s   i n   t o t a l .   E a c h   t w o   of   t h e m   w e r e   c o nn e c t e t hr o ug h   o n e   pl a t e   o t h e   m e t a l   s hi e l d.   H e n c e ,   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   m e t a l   s h i e l ds   w a s   16.   F i gu r e   5(a s h o w s   t h e   pr o po s e i n duc t o r   w h e n   a l l   t h e   s w i t c h e s   w e r e   O F F .   T h i s   s t a t e   i n d i c a t e t ha t   a l l   t h e   m e t a l   s h i e l ds   w e r e   f l o a t e d.   F i gu r e   5(b s h ow s   w h e n   s t a t e   w a s   c h o s e n   w h i c h   m a de   f o ur   s w i t c h e s   w e r e   s h o rt e s o   t h a t   t w o   m e t a l   s h i e l ds   w e r e   gr o u n de d.   I F i gu re   5(c ),   a n o t h e r   f o ur   s w i t c h e s   w e r e   t urn e O N ,     t h i s   m a de   f o ur   m e t a l   s hi e l ds   i n   t o t a l   w e r e   g r o unde d.   W h e n   a l l   t h e   s w i t c h e s   w e r e   O N   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   5(d) ,   t h i s   i m p l i e t ha t   a l l   t h e   16  m e t a l   s h i e l ds   w e r e   g r o unde d.   B y   i n c r e a s i n o r   de c r e a s i ng  t h e   num b e r   o f   m e t a l   s h i e l ds   s h o rt e t o   t h e   g r o un d ,   t h e   m a g n e t i c   f i e l ds   of   t h e   i nd uc t o r   a r e   a c t u a l l y   be i n c h a nge d,   h e n c e   r e s ul t i ng  i n   i n duc t a n c e   t u ni n g.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E l e c t r o ni c   c ont r o l l e CMO S   i nd uc t or   w i t pa t t e r ne d   m e t al   g r ound  s hi e l ds   f or   f i ne   ( Nur   S y ahada Y us o f )   941       F i gu r e   5 .   2D   v i e w   of   t h e   t u n a b l e   i nduc t o (a )   w h e n   a l l   s w i t c he s   a r e   O F F ,   (b w h e f o ur   s w i t c h e s   a r e   s h o r t   t o   m a ke   t w o   m e t a l   pl a t e s   g r o u n de d,   (c w h e n   e i g h t   s w i t c h e s   a r e   s h o r t   t o   m a ke   f o ur  m e t a l   pl a t e s   g r o u n de d,     a n (d)  w h e a l l   t h e   32  s w i t c h e s   a r e   O N   t o   m a ke   a l l   t h e   16   m e t a l   pl a t e s   g r o u n de d       F i gu r e   s h o w s   t h e   b a s i c   c o n c e pt   of   a n   a n a l o g - to - di gi t a l   c on v e r t e r   c i r c ui t .   T hi s   c i r c ui t   w a s   a ppl i e t o   t un e   t h e   i n duc t o r   by   u s i n o n e   pa o n l y   (i . e .   t h e   V i n   pa d) .   T h e   c o n t r o l   v o l t a ge ,   V i n ,   w a s   v a r i e f r o m   t o   V D D .   V r e f   w a s   f i xe a t   V D D .   F i gu r e   s h o w s   t h e   s c h e m a t i c   of   t h e   c o n t r o l   c i r c ui t .   It   i n c l u de s   a   ha l f   a na l o g - to - di gi t a l   c o n v e r t e r   t o   c o n v e r t   a   dc   vo l t a ge   ra n ge   f r o m   t o   1. 2V   i nt o   a   di g i t a l   s t r e a m   o f   00000000  t o   11111111 .   T h e   t o m o s t     op - a m f o r   t h e   c i r c ui t s   i n   F i gu r e s   a n w a s   us e t ge n e r a t e   t h e   m o s t   s i gni f i c a nt   b i t   (M S B ).   T a b l e   s h o w s   t h e   c o n v e r s i o n   de n o t e b y   t h i s   c i r c ui t .   T h e   o p - a m ps   i t h e   ha l f   A / D   c o n v e r t e r s   s h o w n   i F i gu r e   7   w e r e   s i m p l e   s i n g l e - s t a ge   a m p l i f i e r s   w i t h   c urr e n t   t a i l ,   f o l l ow e by   a   c o m m o n   s o ur c e   s t a ge   t o   i m p r o v e   t h e   l i n e a r i t y   a n o ut pu t   v o l t a ge   s w i n p r o pe rt i e s .   T h i s   c i r c ui t   i s   s h o w n   i n   F i gu r e   8.   V B X   w a s   t h e   b i a s i ng  v o l t a ge   j us t   a b ove   t h e   t hr e s h o l v o l t a ge   of    t h e   N M O S .       + - + - + - + - + - + - + - + - V i n V r e f A n a l o g   i n p u t o u t p u t s     F i gu r e   6 .   B a s i c   c o n c e pt   o f   a n   a na l o g - to - di gi t a l   c o n v e r t e c i r c ui t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     937     9 48   942   I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P V i n V r e f A n a l o g   i n p u t s w i t c h e s V D D V B X L S B   t o   1 s t   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S T o   2 n d   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S T o   3 r d   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S T o   4 t h   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S T o   5 t h   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S T o   6 t h   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S T o   7 t h   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S M S B   t o   8 t h   t w o   m e t a l   p l a t e s   o f   t h e   P G S     F i gu r e   7 .   T h e   s c h e m a t i c   o f   t h e   c o n t r o l   c i r c ui t             F i gu r e   8 .   O p - a m i n   a   h a l f   A / D   c o n v e r t e r   c i r c u i t   (a )   s c h e m a t i c , (b s y m bo l       T a b l e   1 .   D i f f e r e n t   S t a t e s   i n   T e rm s   o f   t h e   V o l t a ge   Co nt r o l   S t a t e   V i n   ( m V )   H a l A / D   o u t p u t   0     9 3 . 7 5   0 0 0 0 0 0 0 0   1   9 3 . 7 5     1 8 7 . 5   0 0 0 0 0 0 0 1   2   1 8 7 . 5     2 8 1 . 2 5   0 0 0 0 0 0 1 1   3   2 8 1 . 2 5     3 7 5   0 0 0 0 0 1 1 1   4   375    4 6 8 . 7 5   0 0 0 0 1 1 1 1   5   4 6 8 . 7 5     5 6 2 . 5   0 0 0 1 1 1 1 1   6   5 6 2 . 5     6 5 6 . 2 5   0 0 1 1 1 1 1 1   7   6 5 6 . 2 5     7 5 0   0 1 1 1 1 1 1 1   8   750    1 2 0 0   1 1 1 1 1 1 1 1     I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T   I N _ P I N _ M V D D G N D V B X O U T O P A M P Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E l e c t r o ni c   c ont r o l l e CMO S   i nd uc t or   w i t pa t t e r ne d   m e t al   g r ound  s hi e l ds   f or   f i ne   ( Nur   S y ahada Y us o f )   943   2 . 3   S i m u l ati o n   o Th e   Tu n ab l e   I n d u c to r   T h e   pr o po s e i n duc t o r   w a s   S o nn e t   E M   s i m u l a t e f o r   s t a t e   (O F F a n s t a t e   (O N ).   T h e   CM O S   s w i t c h e s   w e r e   m o de l e a s   r e s i s t o r s   w h i c h   a r e   M   w h e n   O F F - s t a t e   a n 10    w h e n   O N - s t a t e .   T h e   S o nn e t   m o de l   o f   t h i s   p r o po s e i n d uc t o r   i s   s h o w n   i F i gu r e s   a n d   3 .         3.   R ES U LTS   A N D   A N A L Y S I S   T h i s   s e c t i o di s c us s e a b o ut   t h e   s i m ul a t i o n   a s   w e l l   a s   t h e   m e a s u r e r e s ul t s   o f   t h e   t u na b l e   i n duc t o i s e c t i o n   3. a n d   3. 2 ,   r e s pe c t i v e l y .       3. 1 .     Th e   Tu n ab l e   I n d u c to r   S i m u l ati o n   R e s u l ts   F i gu r e   s h o w s   t h e   s i m u l a t i o r e s ul t s   o f   t h e   t u na b l e   i n d uc t o us i n g   S o nn e t   E M   s i m u l a t o r.   A s   c a b e   s e e n   f r o m   t h i s   f i gu r e ,   t h e   i n duc t a n c e   c h a n ge s   w i t h   f r e que nc y .   A s   f r e que n c y   i n c r e a s e s ,   i n duc t a n c e   w i l l   a l s o   i n c r e a s e .   T h e   i nduc t a n c e   t u ni n g   r a n ge   a l s o   i n c r e a s e s   w i t h   f r e que n c y .   A s   a n   e x a m p l e ,   a t   1. 6   G H z ,     t h e   i n duc t a n c e   c ha n ge s   f r o m   8. 85  n H   (w h e n   a l l   s w i t c h e s   a re   O F F ,   i . e .   t h e   m e t a l   s hi e l ds   a r e   a l l   f l o a t i n g)  t 9. 44  n H   (w h e n   a l l   s w i t c h e s   a r e   O N ,   i . e .   t h e   m e t a l   s h i e l ds   a r e   a l l   g r o u n de d).   T h i s   s h o w s   a   6. 2%  o f   i n duc t a n c e   t u n i ng  ra n ge .   M e a n w h i l e ,   a t   2 . G H z ,   t h e   i n d uc t a n c e   v a r i e s   f r o m   9. 45  n H   t 10. n H ,   w h i c h   i s   12 . 5%  o i n duc t a n c e   t u n i ng  ra n ge .   A   f i na l   e xa m pl e   i s   a t   2 . G H z ,   w h e r e   t h e   i n duc t a n c e   n o w   c a n   v a r y   f r o m   10 . n H   t o   13. 5   n H ,   w h i c c o n t ri b ut e s   t o   20%   o f   i n duc t a n c e   t u ni n g   r a ng e .             F i gu r e   9 .   T h e   S o nn e t   s i m ul a t i o r e s ul t s   o f   t h e   p r o po s e i ndu c t o r       3. 2 .     Th e   F ab r i c at e d   Tu n ab l e   I n d u c to r   M e as u r e m e n R e s u l ts   F i gu r e   10  s h o w s   t h e   m i c r o g r a p h   o f   t h e   f a b r i c a t e t u na b l e   i n duc t o r   w hi l e   F i gu r e   11  s h o w s   i t s   m e a s u r e i nduc t a n c e   v a l ue s   w h e n   t h e   P G S   w a s   s h o r t e t o   gr o u n o n e   by   o n e .   A ga i n ,   t h e   r e s ul t s   i n d i c a t e t h a t   t h e   i n duc t a n c e   i n c r e a s e w i t t h e   f r e que n c y .   T h e   i n d uc t a n c e   t u n i ng  ra n ge   i s   a l s o   pr o po r t i o n a l   t o   t h e   f r e que n c y .   A t   2. G H z ,   t h e   i n duc t a n c e   t u n e f r o m   7. n H   t o   8. n H .   T h e   t uni n r a nge   w a s   a bo ut   2. 47% .     A t   2. 5   G H z ,   t h e   i n duc t a n c e   t u n e f r o m   9 . n H   t o   10. n H ,   a   t u ni n ra n ge   o f   5. 94%.   B o t h   s i m ul a t e a n d   f a b r i c a t e i n duc t o r s   s h o w e c o rr e l a t i o n   i n   t e r m s   o f   t h e   t u n i n ra n ge   t r e n d .   T hi s   v e r i f i e t h e   c o n c e pt   of   t h e   pr o po s e t e c hn i que   f o r   i n d uc t a n c e   t u n i n g .   N e v e r t h e l e s s ,   t h e   m e a s u r e r e s ul t s   po r t ra y   s m a l l e r   i n d uc t a n c e   t u n i ng  ra n ge   a s   c o m pa r e t o   t h e   o n e s   o b t a i n e d   f r o m   s i m u l a t i o n .     F i gu r e   12  s h o w s   t h e   r e l a t i o n s h i b e t w e e n   V i n   a n i n duc t a n c e   a t   di f f e r e n t   f r e que n c i e s .   F r o m   t h e   m e nt i o n e f i gu r e ,   w h e n   a l l   t h e   m e t a l   s hi e l ds   w e r e   gr o un de (i n di c a t e by   V i n   =   0. 8V ) ,   t h e   i nduc t a n c e   w a s   a t   i t s   h i g h e s t   v a l ue   f o r   e a c h   f r e que n c y .   In   c o n t ra s t ,   w h e t h e   m e t a l s   w e r e   l e f t   f l o a t e (a t   V i n   =   0V ),     t h e   i n duc t a n c e   w a s   a t   i t s   l o w e s t   v a l ue   fo r   e a c h   f r e que n c y .   T h i s   o b s e r v a t i o n   c o n f i r m e t ha t   P G S   h e l pe t o   v a r y   t h e   i n d uc t a n c e   v a l ue ,   h e n c e   a b l e   t o   b e   us e a s   a   f i n e - t uni n m e t h o f o r   t h e   i n d uc t o r .   B a s e o n   F i gu r e s   11  a nd  12  a l s o ,   i t   i s   s e e n   t h a t   a s   t h e   f r e que n c y   go e s   h i g h e r ,   t he   i n duc t a n c e   t u n i ng  ra n ge   a l s o   b e c o m e s   l a r ge r .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     937     9 48   944       F i gu r e   10 .   T h e   f a b ri c a t e   t u n a b l e   i nduc t o r       F i gu r e   11 .   T h e   m e a s u r e i n duc t a n c e   v e r s us   f r e que n c y   of   t h e   t u n a b l e   in duc t o r.   V in   =   0 . V   w a s   w h e a l l   P G S   m e t a l s   w e r e   f l o a t e w h i l e   V in   =   0. 8   V   w a s   w h e a l l   P G S   m e t a l s   w e r e   g r o un de d           F i gu r e   12 .   T h e   m e a s u r e i n duc t a n c e   v e r s us   V in   a t   di f f e r e n t   f re que n c i e s       T h e   s e c o n t e rm   (i . e .   s ub s t r a t e   l o s s   f a c t o r i n   (1)  de s c r i b e i n   S e c t i o n   2   i n d i c a t e s   t h a t   t h e   n u m b e r   of  m e t a l   s h i e l d   f l o a t i n o r   s h o rt e t o   g r o un d   w i l l   a f fe c t   t h e   Q - f a c t o r   o f   t h e   i n duc t o r .   T h e   m a x i m um   Q - f a c t o c a n   b e   r e a l i z e w h e n   t h e   t e r m   f o r   s ub s t r a t e   l o s s   f a c t o r   b e c o m e s   un i t y .   T o   a c h i e v e   t ha t ,   R s h o ul b e   ve r y   l a r g (i . e .   R a p p r o a c h e s   i n f i n i t y ).   It   c a n   b e   do n e   by   i n s e rt i ng  m e t a l   s h i e l ds   t o   t h e   g r o u n d .   H ow e v e r ,   i n   F i gu r e   13,   t h e   Q - f a c t o r   de c r e a s e s   a s   m o r e   pa t t e rn e s hi e l ds   w e r e   gr o unde d.   A s   a n   e xa m p l e ,   a t   G H z ,   t h e   Q - f a c t o r   dr o ps   f r o m   7. 5   t o   5. 8   w h e a l l   m e t a l   s h i e l ds   w e r e   f l o a t e a n d   s h o rt e t o   g r o un d ,   r e s pe c t i v e l y .   T hi s   i s   b e c a us e   P G S   i n c r e a s e s   t h e   c a pa c i t a n c e   t o   t h e   g r o un d .   T h i s   p a ra s i t i c   c a pa c i t a n c e   r e duc e s   t h e   i nduc t a n c e ,   h e n c e   de c r e a s i n g   t h e   Q - f a c t o r   [3 ] .   A n o t h e r   o b s e r v a t i o n   f r o m   F i gu r e   13  i s   t ha t   t h e   Q - f a c t o r   a t   f i r s t   i n c r e a s e s   w i t h   f r e que n c y   un t i l   i t   r e a c h e s   i t s   pe a b e t w e e n   1 . G H z   t o   1 . G H z .   B e y o n t hi s   f r e que n c y ,   t h e   Q - f a c t o s t a rt s   t o   de c r e a s e   w i t f ur t h e r   i n c r e m e n t   i f r e que n c y .   T h i s   c a b e   e xpl a i n e b y   l oo ki n g   a t   (1) ,   w h e r e b y   Q - f a c t o r   w i l l   i n c r e a s e   a t   f i r s t   due   t o   i n c r e m e n t   i n   t h e   f i r s t   t e rm ,   b ut   t h e n   w i l l   l a t e r   de c r e a s e   due   t o   t h e   s e c o n a n t hi r t e r m s   b e c o m i n m o r e   do m i na nt .   A s   a e xa m pl e ,   a t   2 . G H z ,   t h e   Q - f a c t o r   w h e n   a l l   m e t a l   s hi e l ds   w e r e   f l o a t e i s   5. 94   a s   c o m pa r e t o   t h e   7 . o b t a i n e a t   2   G H z   u n de r   t h e   s a m e   c o n di t i o n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       E l e c t r o ni c   c ont r o l l e CMO S   i nd uc t or   w i t pa t t e r ne d   m e t al   g r ound  s hi e l ds   f or   f i ne   ( Nur   S y ahada Y us o f )   945       F i gu r e   13 .   T h e   m e a s u r e Q - f a c t o v e r s us   f r e que n c y   a t   d i f f e r e n t   V i n       F i na l l y ,   F i gur e   14  s h o w s   t h e   V i n   e f f e c t   o n   t h e   Q - f a c t o r .   A s   V i n   i n c r e a s e s ,   m o r e   s w i t c h e s   w i l l   b e   t u rn e o n   r e s ul t i n g   i n   m o r e   m e t a l   s hi e l ds   b e i n s h o r t e t o   g ro un d.   F i gu r e   14  s h o w s   t h a t   w h e n   V i i n c r e a s e s ,   t h e   Q - f a c t o r   de t e r i o ra t e s .   I n   t e rm s   o f   Q - f a c t o r   de pe n de n c e   o n   f r e que n c y ,   t h e   Q - f a c t o r   de t e r i o ra t e s   w i t h   t h e   i n c r e m e n t   o f   f r e que n c y .   T h i s   i s   c o n s i s t e n t   w i t h   t h e   o b s e r v a t i o n   m a de   f o r   F i gu r e   13  a n t h e r e fo r e   t h e   r e a s o n   fo r   t h e   m e n t i o n e t r e n f o l l o w s   t h e   o n e   g i v e n   f o r   t h e   p r e v i o us   f i gur e .           F i gu r e   14 .   T h e   m e a s u r e Q - f a c t o v e r s us   V in   a t   di f f e r e n t   f r e q ue n c i e s       T h e   pe r f o r m a n c e   s um m a r y   a n d   c o m pa r i s o w i t h   o t h e w o r ks   a r e   t a b ul a t e i n   T a b l e   2.   A t   f r e que n c y   l e s s   t ha n   0 . G H z ,   t h e   i n duc t o r   ha s   l a r ge r   t u n i ng  r a nge   [8],   [10 ] .   H ow e ve r ,   l o w e r   f r e que n c y   r a n ge   h a s   b e c o m e   s a t ura t e d,   h e n c e   t h e r e   i s   a n   u r ge   t o   e xpl o i t   h i g h e r   f r e que n c y   r a n ge .   R e s e a r c h e r s   i n   [7] ,   [9]   ut i l i z e M E M S   t e c hn o l o g y   i n   t h e i r   de s i g n s .   E v e n   t h o ug h   t h e i r   w o r k s   s h o w e h i g h e r   i n d uc t a n c e   t u n i ng  r a nge   a n Q - f a c t o r ,   n e v e r t h e l e s s   M E M S   t e c hn o l o g y   i s   c ur r e n t l y   n o t   s ui t a b l e   f o r   m a s s   p r o duc t i o a n e xpe n s i v e .     T h i s   w o r a c h i e v e t h e   hi g h e s t   a ppl i c a t i o n   f r e que n c y ,   up  t o   2. G H z   a nd  s ui t a b l e   f o r   f i n e - t u ni n g   a ppl i c a t i o n s .   B e s i de s ,   t h i s   t u na b l e   i n d uc t o r   de s i g n   i s   r e a di l y   t o   be   i n t e g ra t e w i t h   a v a i l a b l e   CM O S   t e c hn o l o g y   pr o c e s s .       T a b l e   2 .   P e r f o r m a n c e   Co m p a r i s o o f   t h e   T u na b l e   I n duc t o r s     [8 ]   [1 0 ]   [7 ]   [9 ]   T h i s   w o rk   F re q u e n c y   (G H z )   0 . 0 6   0 . 1   2 . 0   2 . 1   2 . 5   In d u c t a n c e   T u n i n g   Ra n g e   (% )   16   <   5 0   2 9 . 8 2   4 2 . 1 3   5 . 9 4   Q - f a c t o r   23   <   2   <   6 . 0   1 1 . 9   5 . 9 4   A p p l i c a t i o n   -   -   L N A   V CO   -   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   14 ,   N o .   2 M a y   201 9   :     937     9 48   946   4.   C O N C LU S I O N     In   t hi s   pa pe r,   a   m o n o l i t hi c   i n duc t o r   w i t h   f i n e   t u ni n c a p a b i l i t y   i s   pr o pos e d.   T h e   f i n e   t u ni n w a s   a c hi e v e by   c o n t r o l l i n t h e   m a g n e t i c   f l ux  b e t w e e n   t h e   i n d uc t o r   a nd  s ub s t r a t e   t hr o ug h   v a r y i n t h e   n um b e r   o P G S   m e t a l s   s h o rt e t o   t h e   g r o u n v i a   t h e   us e   o f   a na l o t o   di g i t a l   c o n v e r t e r s   a n d   a c t i v e   s w i t c h e s .   V e r i f i c a t i o n   o f   t h e   t u n i ng  c o n c e pt   w a s   r e a l i z e f i r s t   t hr o ug h   s i m u l a t i o n   us i n S o nn e t   E M   a n d   Ca de n c e   V i rt uo s o .   T h e   t u na b l e   i n duc t o w a s   t h e n   f a b ri c a t e d   a n m e a s u r e d.   R e s ul t s   f r o m   t h e   s i m ul a t i o n   a nd  m e a s u r e m e nt   w e r e   t h e c o m pa r e f o r   c o n s i s t e n c y .     F r o m   t h e   s i m u l a t i o a n d   m e a s u r e r e s ul t s ,   i t   i s   f o un d   t ha t   a s   m o r e   m e t a l   s h i e l ds   w e r e   gr o u n de d,     t h e   i n d uc t a n c e   a n i n duc t a n c e   t uni n r a nge   i n c r e a s e .   T h e   t ra de o ff ,   h ow e ve r ,   i s   t h e   de t e r i o r a t i o n   o f   t h e   Q - f a c t o r   w h e t h e   s a m e   c o n d i t i o w a s   i m po s e d.   T h e   a dv a n t a ge   o f   t h i s   f i n e   t u ni n t e c hn i q ue   i s   t h a t   t h e   m a i s t ruc t u r e   o f   t h e   i n d uc t o r   m a i nt a i n s   a s   i t   i s   i n   i t s   P D K   f o r m .   T h i s   i s   i nt e r e s t i n t o   t h e   f o un dr y   a n P D K   pr o v i de r s   a s   t h e   i n duc t a n c e   c a n   b e   t un e w i t h o ut   c h a ngi ng  t h e   e xi s t i n g   i n duc t o r   f a b ri c a t i o n   p r o c e s s .         A C K N O WL ED G E M EN TS   T h i s   r e s e a r c h   w o r i s   f un de by   U n i v e r s i t i   S a i n s   M a l a y s i a   (304/ P C E D E C / 6315 056) ,   Co l l a b o r a t i v e   R e s e a r c h   i n   E n gi n e e r i ng,   S c i e n c e   a nd  T e c hn o l o gy   (C R E S T M a l a y s i a   (P 16C1 - 17) ,   S i l t e rr a   M a l a y s i a   S dn.   B h d.   a nd  U ni v e r s i t i   M a l a y a .       R EF ER EN C ES   [ 1]   C.   P .   Y u e ,   S .   M e m be r ,   S .   S .   W o ng ,   a nd  S .   M e m be r ,   O n - C hi S pi r a l   I nduc t o r s   w i t P a t t e r ne G r o und  S hi e l ds   f o r   Si - B a s e R F   I C     s ,   v o l .   33 ,   no .   5 ,   pp .   743 752 ,   1998 .   [ 2]   J .   C .   R a u t i o ,   J .   D .   M e r r i l l ,   a nd  M .   J .   K o ba s a ,   E f f i c i e nt   e l e c t r o m a gne t i c   a n a l y s i s   o f   s p i r a l   i n duc t o r   p a t t e r ne g r o und   s hi e l d s ,   2013  I E E E   I n t .   C onf .   M i c r ow av e s ,   C om m un .   A nt e nna s   E l e c t r o n.   Sy s t .   C O M C A 2013 ,   no .   O c t o be r ,     pp.   21 23 ,   2013 .   [ 3]   J .   C he a nd   J .   J .   L i o u,   O n - C hi S pi r a l   I nduc t o r s   f o r   R F   A ppl i c a t i o ns :   A O v e r v i e w ,   v o l .   4,   no .   3,   2 004 .   [ 4]   P .   Y U E ,   C . ,   P a t t e r ne d   G r o und   S h i e l d s   f o r   I nt e g r a t e d   C i r c ui t   I nduc t o r s ,   P C T / U S 98/ 0514 9,   19 98 .   [ 5]   J a m e   Y .   C .   C h a ng ,   M ul t i - T r a c I nt e g r a t e d   S p i r a l   I nduc t o r ,   09 / 49 3, 94 2,   20 05   [ 6]   L .   F o r be s ,   M o no l i t hi c   I nduc t a nc e - E nha nc i ng   I nt e g r a t e d   C i r c ui t s ,   C o m pl e m e nt a r y   M e t a l   O xi de   S e m i c o nduc t o r   ( C M O S )   I nduc t a nc e - E nha nc i ng   I nt e g r a t e C i r c u i t s ,   I nduc t o r   A s s e m bl i e s ,   a nd  I nduc t a nc e - M ul t i pl y i ng   M e t ho ds . ,   09/ 7 69, 554 ,   2001 .   [ 7]   H .   S ug a w a r a ,   Y .   Y o s hi h a r a ,   K .   O k a da ,   a nd  K .   M a s u,   R e c o nf i g u r a b l e   C M O S   L N A   f o r   S of t w a r e   D e f i n e R a d i o   U s i ng   V a r i a b l e   I nduc t o r ,   p p.   3 6,   20 08 .   [ 8]   B .   A s s a d s a ng a b i ,   M .   S .   M .   A l i ,   a nd  K .   T a ka ha t a ,   F E R R O F L U I D - B A S E D   V A R I A B L E   I N D U C T O R ,   v o l .   2,     no .   F e br u a r y ,   pp .   1121 112 4,   20 12 .   [ 9]   O .   C a s ha   e t   a l . ,   U t i l i z a t i o o f   M E M S   T u na b l e   I nduc t o r s   i t he   de s i g o f   R F   V o l t a g e - C o nt r o l l e O s c i l l a t o r s ,     pp.   71 8 72 1,   20 08.   [ 10]   M .   V r o ube l ,   Y .   Z hua ng ,   B .   R e j a e i ,   a n J .   N .   B u r g ha r t z ,   I nt e g r a t e T una bl e   M a g ne t i c   R F   I nduc t o r ,   v o l .   25 ,     no .   12 ,   pp .   787 789 ,   2004 .   [ 11]   J unj i   S a t o ,   K o i c hi   M i z uno ,   K a na g a w a ,   S ug ur F u j i t a ,   V a r i a bl e   I n duc t o r   a nd  S e m i c o nduc t o r   D e v i c e   U s i ng   S a m e ,   13/ 8 14, 871 ,   2013 .   [ 12]   T .   T .   W .   A l v i L e ng   S un   L o ke ,   F o r t   C o l l i n s ,   S hi e l d - M o dul a t e T u na bl e   I nduc t o r   D e v i c e ,   12 / 908 , 81 2,   20 13 .   [ 13]   L .   L .   C h i e w c ha r N a r a t ho ng ,   Z ha ng   J i n ,   T un a b l e   I nduc t o r   C i r c u i t ,   13 / 3 12, 177 ,   2013 .   [ 14]   N o r l a i l i   M o hd  N o h,   A s r ul n i z a m   A bd  M a na f ,   F a r s ha E s hg ha ba d i ,   F a t e m a B a n i t o r f i a n,   Y us m a M o hd .   Y u s o f ,   A w a t i f   H a s hi m ,   S h uk r i   K o r a k ko t t i l   K u nhi   M o hd ,   M o hd  T a f i r   bi n   M us t a f f a ,   O t hm a S i de M o no l i t h i c   O n - C hi p   F i ne   T u ne   S p i r a l   I nduc t o r   D e v i c e ,   M a l a y s i a P a t e nt   A ppl i c a t i o P I 2016703051 ,   22  A ug . ,   201 6.       B I O G R A P H I ES   O F   A U T H O R S         N ur   S y a ha da Y us o f   r e c e i v e he r   B .   E ng   ( H o ns ) ( E l e c t r o ni c   E n g i ne e r i ng )   f r o m   U ni v e r s i t i   S a i n s   M a l a y s i a   i 2017   a n i s   c ur r e nt l y   w o r ki ng   t o w a r ds   he r   M S c .   D e g r e e   a t   s a m e   i ns t i t u t i o n.   H e r   r e s e a r c i n t e r e s t   i s   m a i n l y   i o n - c hi pa s s i v e   de v i c e   m o de l i ng .   C ur r e n t l y ,   s he   i s   a   R e s e a r c A s s i s t a n t   a t   S i l t e r r a   M a l a y s i a   S dn .   B hd.   w o r k i ng   i t he   D e v i c e   M o de l i ng   D i v i s i o n.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.