48、RF 无源 IC 组件详解

RF 无源 IC 组件详解

1. 引言

在射频（RF）电路中，无源储能元件应用广泛。尽管紧凑的有源电路常常能模拟其阻抗特性，但无源元件具备最大的动态范围和最低的功耗，因此使用无源电感和电容往往能实现最高性能。然而，标准集成电路技术在发展过程中并未着重提供优质的无源元件。接下来将介绍现有的有限选择，以及如何充分利用这些资源。

2. 分形电容器

• 常见电容器类型及问题
  • MOSFET 电容器 ：由于采用了薄栅氧化层，MOSFET 制成的电容器具有标准集成电路选项中最高的电容密度，例如当栅氧化层厚度为 5nm 时，典型值约为 7fF/µm²。但存在一些缺点，其电容值依赖于电压，施加的电位必须远高于阈值电压才能保持基本恒定；击穿电压相对较低（约为 0.5V/nm 氧化物），这对允许的信号幅度造成了限制；此外，由于 MOS 沟道电阻，这种结构存在有效串联电阻，在射频下，该电阻可能主导组合阻抗。
  • 平行板电容器 ：由两层或更多标准互连金属制成的平行板电容器不受偏置限制，串联电阻低，线性度好且击穿电压高，但电容密度通常比 MOSFET 结构低两个数量级。这是因为技术人员一直致力于降低互连层之间的电容，且层间垂直间距通常不会随技术发展而缩小，导致 MOSFET 电容密度与平行板结构的差距不断增大。同时，平行板电容器底板与衬底之间的电容过高，这种寄生电容是非常不利的。
• 分形电容器优势 ：近年来，出现了一种利用横向边缘效应和分形