集成电路设计基础 04 无源器件.ppt

集成电路设计基础 第4章 无源元件 4.1 互连线 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 4.2 电阻 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 图4.1 (a)单线和U-型电阻结构 (b)它们的等效电路 4.3 电容 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-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； 图4.2 (a)叉指结构电容和(b)MIM 结构电容 4.4 电感 4.4.1 集总电感 式中：ri=螺旋的内半径，微米， r0=螺旋的外半径，微米， N=匝数。 4.4.2 传输线电感 获得单端口电感的另一种方法是使用长度ll/4λ波长的短电传输线(微带或共面波导)或使用长度在l/4λ ll/2λ范围内的开路传输线。 4.5 分布元件 4.5.1 集总元件和分布元件 随着工作频率的增加，一些诸如互连线的IC元件的尺寸变得很大，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地描述那些大尺寸元件的性能，应该定义为分布元件。 4.5.2 微带线 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。 阻抗计算 微带线的衰减α由两部分组成：导线损耗和介质损耗 形成微带线的基本条件是，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。 4.5.3 共面波导(CPW) CPW的阻抗计算 CPW的衰减计算 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。 CPW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。 4.5.4 传输线元件 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 * * 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 图 4.3 单匝线圈版图 a，w 取微米单位 多匝螺旋形线圈电感值计算公式为： (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) (a) (b) 图4.5 常规共面波导(a)与双线共面波导(b) * * *