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1、第第4章章 无源元件无源元件 集成电路中的无源元件包括:互连线、电阻、电容、电感、传输线等 1 14.1 互连线互连线n互连线设计应该注意以下方面：大多数连线应该尽量短 最小宽度 保留足够的电流裕量 多层金属 趋肤效应和寄生参数 寄生效应 2 24.2 电阻电阻n实现电阻有三种方式：晶体管结构中不同材料层的片式电阻专门加工制造的高质量高精度电阻 互连线的传导电阻 3 3图4.1(a)单线和U-型电阻结构 (b)它们的等效电路4 44.3 电容电容n在高速集成电路中，有多种实现电容的方法：1）利用二极管和三极管的结电容；2）利用图4.2(a)所示的叉指金属结构；3）利用图4.2(b)所示的金属-
2、绝缘体-金属(MIM)结构4.1；4）利用类似于图4.2(b)的多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅结构；5 5图4.2 (a)叉指结构电容和(b)MIM 结构电容 6 64.4 电感电感4.4.1 集总电感集总电感图 4.3 单匝线圈版图 a，w 取微米单位 7 7式中：ri=螺旋的内半径，微米，r0=螺旋的外半径，微米，N=匝数。n多匝螺旋形线圈电感值计算公式为：8 84.4.2 传输线电感传输线电感n获得单端口电感的另一种方法是使用长度ll/4波长的短电传输线(微带或共面波导)或使用长度在l/4 ll/2范围内的开路传输线。9 94.5 分布元件分布元件4.5.1 集总元件和分布元件集总元件和分
3、布元件n随着工作频率的增加，一些诸如互连线的随着工作频率的增加，一些诸如互连线的ICIC元元件的尺寸变得很大，以致它们可以与传输信号件的尺寸变得很大，以致它们可以与传输信号的波长相比。这时，集总元件模型就不能有效的波长相比。这时，集总元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，应该定义为分地描述那些大尺寸元件的性能，应该定义为分布元件。布元件。10104.5.2 微带线微带线(a)(b)图4.4典型微带线的剖面图(a)和覆盖钝化膜的微带线(b)1111n微带线设计需要的电参数主要是阻抗、衰减、无载Q、波长、迟延常数。n阻抗计算 n微带线的衰减由两部分组成：导线损耗和介质损耗 n形成微带线的基
4、本条件是，介质衬底的背面应该完全被低欧姆金属覆盖并接地，从而使行波的电场主要集中在微带线下面的介质中。12124.5.3 共面波导共面波导(CPW)(a)(b)图4.5 常规共面波导(a)与双线共面波导(b)1313nCPW的阻抗计算nCPW的衰减计算1414n相对于微带线，CPW的优点是：1）工艺简单，费用低，因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。2）在相邻的CPW之间有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。3）比金属孔有更低的接地电感。4）低的阻抗和速度色散。nCPW的缺点是：1）衰减相对高一些，在50GHz时，CPW的衰减是0.5dB/mm;2）由于厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器的实现。15154.5.4 传输线元件传输线元件n由一条或多条传输线组成的元件包括开路和短路截线、弯头和结点等 1616