電子線路CAD在高頻電路分析中的挑戰

引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/191033.htm

　　由於RF電路的工作頻率不斷提升,片式電感在應用方面的性能特點發生了明顯變化,已經開始顯現出低端微波頻段的工作特性。因此，為有效提升片式電感的電性參數，改善RF電路性能，必須進一步分析其低頻特性與高頻特性的不同規律。

　　另一方面，不斷推陳出新的通信系統(GSM、CDMA、PCS、3G…)使得片式電感的工作頻率逐步達到了2GHz甚至更高。因此，以傳統的集中參數電路理論對片式電感器件進行阻抗分析，則顯現出越來越明顯的局限性。探索適合高頻條件下的工程分析手段也已成為片式電感研發、生產、分析和應用的重要課題。

　　

　　阻抗分析

　　電感的物理意義是利用導電線圈儲存交變磁場能量,而在實際電路應用中,電感器件的主要作用則是向電路提供所需的感性阻抗,在與其他相關元件配合下完成相應的電路功能(匹配、濾波、振蕩等)。常見的片式電感器件包括疊層片式、繞線片式、光刻薄膜等形式，其生產工藝和內電極結構均有所不同。但在中低頻率條件下,由於信號波長遠大於器件尺寸,器件的電路響應受內電極結構的影響較小,通常都可以採用集中參數等效模型(見圖一)對片式電感的阻抗特性予以近似分析。據此可推導出常用電性能參數的函數式。

　　導納函數

　　Y(j )=({1}over{R_{O}}+{r}over{r^{2}+ ^{2}L^{2}_{O}})+j( C_{O}-{ L_{O}}over{r^{2}+ ^{2}L^{2}_{o}})

　　則阻抗函數

　　Z(j )={1}over{Y(j )}=R( )+j ( )

　　可近似導出阻抗

　　Z( )=sqrt{R^{2}( )+ ^{2}( )}

　　={ L_{O}}oversqrt{({ L_{O}}over{R_{O}}+{r}over{ L_{O}})^{2}+(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})^{2}}

　　電感量

　　L( )={ ( )}over{ }={L_{O}(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})}over{({{ L_{O}}over{R_{O}}+{r}over{ L_{O}})^{2}+(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})^{2}}

　　品質因素

　　Q( )={ ( )}over{R( )}={(1-{ ^{2}}over{SRF^{2}})}over{({ L_{O}}over{R_{O}}+{r}over{ L_{o}})}

　　其中

　　SRF={1}over{2 sqrt{L_{O}C_{O}}}

　　=2 F

　　由這些函數表達式不難歸納出:

　　(1)在工作頻率低於自諧頻率SRF時，片式電感的阻抗特性非常接近理想電感而呈現較好的線性特性，品質因素Q也較高，因此通常以此確定電感的額定工作頻段;

　　(2)在電感量L0為額定值時，提高自諧頻率SRF的唯一方法是減小寄生電容C0;

　　(3)在低頻工作區,降低內電極電阻r將有效提升品質因素Q值，而在高頻工作區，減小電磁漏損(增大R0)對Q值的提高則更為顯著;

　　(4)當工作頻率 高於自諧頻率SRF時,片式電感呈現出容性阻抗特性。

　　通常應用中，利用阻抗分析儀檢測片式電感端電極間的Z( )、L( )、Q( )等參數，即可準確反映出工作頻率下實際電路的響應特性，據此可進行準確的電路設計與器件選擇。作為比較，圖2中列出相同規格的高頻電感(SGHI1608H100N)與鐵氧體電感(SGMI1608M100N)的L(f)、Q(f)參數曲線，顯然高頻電感有更高的自諧頻率和線性工作頻段，而鐵氧體電感則有較高的Q值。