第6章集成電路器件及spice模型(已修改)
2025-08-01 06:30 本頁(yè)面
【正文】 第 6章 集成電路器件及SPICE模型 2 無(wú)源器件結(jié)構(gòu)及模型 二極管電流方程及 SPICE模型 雙極晶體管電流方程及 SPICE模型 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 JFET模型 MESFET模型 MOS管電流方程及 SPICE模型 SPICE數(shù)?；旌戏抡娉绦虻脑O(shè)計(jì)流程及方法 3 無(wú)源器件結(jié)構(gòu)及模型 集成電路中的無(wú)源元件包括 : 互連線(xiàn)、電阻、電容、電感、傳輸線(xiàn)等 4 互連線(xiàn) ? 互連線(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意以下方面： 大多數(shù)連線(xiàn)應(yīng)該盡量短 最小寬度 保留足夠的電流裕量 多層金屬 趨膚效應(yīng)和寄生參數(shù)（微波和毫米波） 寄生效應(yīng) 5 電阻 ? 實(shí)現(xiàn)電阻有三種方式： （不準(zhǔn)確） 6 圖 (a)單線(xiàn)和 U型電阻結(jié)構(gòu) (b)它們的等效電路 ? 阻值計(jì)算 ? 最小寬度 7 ID SVT PVVG SIODSG+I( b )DVSGIID SVT NV VG SIO( a )V+圖 柵漏短接的 MOS有源電阻及其 IV曲線(xiàn) Ron 2TNoxnox)(2GS VVVWLtIVV ?????)(11TNoxnoxmDSGSDSDSds GSGS VVWLtgIVIVrVVVV ????????????? ??直流電阻 Ron交流電阻 rds 1. 柵、漏短接并工作在飽和區(qū)的 MOS有源電阻 8 ID SVT NVVG SIo?oVD SRo nrd s圖 飽和區(qū)的 NMOS有源電阻示意圖 直流電阻 Ron交流電阻 rds 條件： VGS保持不變 2. VGS保持不變的飽和區(qū)有源電阻 9 ? 對(duì)于理想情況， Oˊ 點(diǎn)的交流電阻應(yīng)為無(wú)窮大，實(shí)際上因?yàn)闇系篱L(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，交流電阻為一個(gè)有限值，但遠(yuǎn)大于在該工作點(diǎn)上的直流電阻。在這個(gè)工作區(qū)域，當(dāng)漏源電壓變化時(shí)，只要器件仍工作在飽和區(qū)，它所表現(xiàn)出來(lái)的交流電阻幾乎不變，直流電阻則將隨著漏源電壓變大而變大。 10 DS( b )DS( c )DSVB( a )DSVB( d )DS( e )總結(jié)： 有源電阻的幾種形式 ( a ) ( d ) 和 ( c ) 直流電阻 Ron交流電阻 rds ( b )和 ( e ) 直流電阻 Ron交流電阻 rds 11 電容 ? 在高速集成電路中，有多種實(shí)現(xiàn)電容的方法： 1）利用二極管和三極管的結(jié)電容； 2）利用圖 (a)所示的叉指金屬結(jié)構(gòu)； 3）利用圖 (b)所示的金屬 絕緣體 金屬(MIM)結(jié)構(gòu)； 4）利用 類(lèi)似于 圖 (b)的多晶硅 /金屬 絕緣體 多晶硅結(jié)構(gòu)； 12 圖 (a)叉指結(jié)構(gòu)電容和 (b)MIM 結(jié)構(gòu)電容 13 電容 ? 平板電容公式 ? 高頻等效模型 ? 自諧振頻率 f0 ? 品質(zhì)因數(shù) Q LCf ?210 ?dlwC r 0???f f0 / 3 14 電感 引言 集總電感 單匝 線(xiàn)圈版圖 ）（ pH]2)/8[ l n( ?? waaL ?a， w 取微米單位 15 式中： ri=螺旋的內(nèi)半徑，微米， r0=螺旋的外半徑，微米， N=匝數(shù)。 )2860()(][ 22ioiorrNrrpHL????多匝螺旋形線(xiàn)圈電感值計(jì)算公式為： 16 電感 電感精度：電感模型 17 傳輸線(xiàn)電感 ? 獲得 單端口 電感的另一種方法是使用長(zhǎng)度 ll/4λ波長(zhǎng)的短電傳輸線(xiàn) (微帶或共面波導(dǎo) )或使用長(zhǎng)度在 l/4λ ll/2λ范圍內(nèi)的開(kāi)路傳輸線(xiàn)。 ? ? 4/ 039。039。039。0 39。/ 2 t a n 2 t a n h 2 ????????????? lclZlZlZL? 雙端口 電感與鍵合線(xiàn)電感 ltgjZlZ ?0)( ?短路負(fù)載： lct gjzz ?0??開(kāi)路負(fù)載： 18 分布參數(shù)元件 集總元件和分布元件 ? 隨著工作頻率的增加，一些諸如互連線(xiàn)的 IC元件的尺寸變得很大，以致它們可以與傳輸信號(hào)的波長(zhǎng)相比。這時(shí)，集總元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，應(yīng)該定義為分布元件。 19 微帶線(xiàn) (a) (b) 圖 典型微帶線(xiàn)的剖面圖 (a)和覆蓋鈍化膜的微帶線(xiàn) (b) 20 ? TEM波傳輸線(xiàn)的條件 )40/(, 2/10 rhw ???? GaAs襯底的厚度 200um 21 ? 微帶線(xiàn)設(shè)計(jì)需要的電參數(shù)主要是阻抗、衰減、
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