射頻晶片電路設計中交叉電容和片上螺旋電感的設計與建模

2021-02-13 萬物雲聯網cloudioe
交叉電容（Crossover Capacitances）

當M2層走線跨越M1層走線或TFR走線時，就會有一定的交叉耦合電容產生。而在這種技術中可以通過存在厚聚醯亞胺介電層來使這種電容保持在一個最小值；就像MIM電容的預期容值一樣，交叉電容是通過將兩條線之間的重疊面積乘以單位面積0.15fF/平方µm的交叉電容來計算的。圖2和圖3顯示出了M1-到M2的重疊電容的布局和電氣模型。圖4和圖5顯示了TFR到M2的重疊電容的布局和電氣模型。這種電容應儘可能地避免掉，即使它意味著需要「縮頸」在重疊區域走線，以避免出現高重疊區域面積。當然，電路模擬將是決定給定的交叉電容是否過大的最終決定因素。

圖1、M1，M2交叉：M1-to-M2交叉（Crossover）的布局圖

圖2、用於模擬M1到M2交叉的ADS模型：模擬M1-到M2交叉電容的電氣模型

圖3、TFR，M2交叉：M2到TFR交叉的布局圖

圖4、用於模擬TFR到M2交叉的ADS模型：模擬M2-TFR交叉電容的電氣模型

 螺旋電感

射頻集成電路的電感元件必須用平面幾何形狀來製作， 這種要求在實際設計中被轉化為螺旋形式的設計。方形螺旋是最受歡迎的，因為它們是最容易在布局中創建的；然而，圓形螺旋形式也被廣泛使用。任何超過一個旋轉圈的螺旋都必須要使用到金屬交叉，才能連接到電路的其餘部分中。如果螺旋是由M1形成的，那麼這種交叉（ crossover）將是一個M2「上跨式立交（overpass）」。如果螺旋是由M2形成的，那麼這種交叉將是一個M1「下層通道（underpass）」。這兩種技術都很好，兩種金屬都能作為電感工作。也許M2由於其厚度略大因而能形成Q值稍高的電感。當然，在這兩種情況下，將需要一個M1-到M2的過孔（via）從螺旋金屬過渡到上跨式立交（overpass）或者下層通道（underpass）金屬。圖5顯示了使用M2上跨式立交（overpass）和M1-to-M2過孔（via）的M1螺旋電感的布局。一個ADS螺旋電感元件(MRIND)如圖6所示。螺旋電感是RFIC設計中非常重要的元件，因為它們是所有濾波和匹配電路的組成部分。此外，螺旋電感可以在VCO設計中形成諧振器元件。為此，需要特別關注他們的設計。重要的是要記住，設計中並沒有要求螺旋電感一定是正方形的。任何長度和寬度的組合都將作為更著名的正方形布局的替代設計， 這可能是任何片上電感設計的布局部分的寶貴資產，因為螺旋電感可以成為區域驅動器，這是一個很大的優點，通過改變其縱橫比使電感適合可用的空間可以保持晶片面積在合理的範圍內。

圖5、螺旋電感：M1/M2，模擬螺旋電感的電氣模型

圖6、ADS螺旋電感模型：使用M1金屬的螺旋電感的布局圖

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