來源:SPICE模型
作者:若明
RF技術被廣泛應用于許多多領域,如:WLAN、手機、雷達、GPS、5G/6G、藍牙、電視、自動識別系統等。在這些應用當中RF設計工程師使用EDA軟件為商業無線、航空航天/國防和汽車市場設計一系列RF產品,包括器件模型、RF芯片、RF模塊、RF電路板和RF收發系統等。而這些EDA的仿真是需要基于器件模型的,一個精確的器件模型就顯得尤為重要。
DC和RF不同之處在于,在低頻時:器件的特征尺寸比波長小得多,沒有信號延遲,KCL,KVL, 歐姆定律在DC下是適用的;而在高頻時:器件的特征尺寸大于信號波長,這時麥克斯韋方程是適用的,器件具有分布效應(有信號延遲),也會產生趨膚效應,寄生效應是必須要考慮的范疇。如圖1所示,是典型的射頻MOSFET器件的小信號等效電路。可以將其劃分為由外部寄生引入的元件(虛線框外)和內部本征元件(虛線框內)兩部分,具體包括:Cpgd, Coxg, Coxd, Rpg, Rpd為焊盤引起的寄生元件;Lg, Ld, Ls為饋線電感元件;Rg, Rd, Rs為MOSFET器件接觸電阻;Cjd, Rsub為漏極和襯底直接的寄生元件;Cgs, Cds, Cgd為MOSFET器件本征電容;gm, gds(1/Rds)為本征跨導和漏導。
圖1:典型的射頻MOSFET器件的小信號等效電路
柵極電阻的存在對電路性能的影響很大,會引入熱噪聲,增大電路的噪聲系數,影響晶體管的開關速度和最大振蕩頻率,因此在版圖設計時,要考慮盡可能地減小柵極電阻。由版圖設計、工藝制程及器件退化等因素導致寄生電阻的產生,對輸入/輸出阻抗匹配、噪聲特性及振蕩頻率等都有很大影響。寄生電阻的提取精度會直接影響整體建模的精確性。因此,如何精確地提取寄生電阻一直是學術界研究的熱點問題之一。
目前,常用寄生電阻的確定方法主要包括Cold-FET方法、正常偏置方法及截止狀態方法。今天先來介紹Cold-FET方法。
Cold-FET方法是指令晶體管偏置在強反型區(如Vgs=1.2V且Vds=0V)的情況。在這樣的偏置條件下,跨導gm很小,基本為零,可以忽略不計,且由于反向PN結引入的襯底寄生的阻抗要遠大于源寄生電阻Rs和溝道電阻Rch,所以在此條件下,等效電路模型可簡化為圖2所示。
圖2:強反型區的等效電路模型 根據小信號等效電路模型有:
式中:
Z22的虛部為:
即:
由此,根據-ω/lm(Z22)與ω^2關系曲線的斜率和截距即可求得 Cx與Rch。當Cx與Rch確定之后,Rs, Rg和Rd可直接通過計算得到。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:MOSFET射頻等效電路寄生電阻的確定方法
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