Конструкции пленочных индуктивностей

В аналоговых интегральных схемах довольно часто применяются индуктивные элементы. Они входят в состав колебательных контуров автогенераторов, в полосовых фильтров, цепей коррекции частотных характеристик и т.д. Топология пленочных индуктивностей имеет следующий вид:

Индуктивности представляют собой плоскую спираль из проводящего материала. Значение индуктивности пленочной спирали определяется характеристиками электромагнитного поля, возникающего вокруг витков при прохождении переменного тока. С целью увеличения добротности спиральных катушек стараются получить образующий их проводник большой толщины (от 30÷100 мкм). С этой целью проводят электрохимическое осаждение меди или золота (в ответственных изделиях) на тонкий подслой титана или ванадия.

Индуктивность круглой пленочной спирали при D_н≥3,5 D_вн определяется по формуле:

[нГ],

где D_ср=0.5(D_н+D_вн) – средний диаметр витка, см;

h=n·t+b – ширина обмотки, см;

t-шаг обмотки, см;

n-количество витков спирали;

b-ширина проводника, см.

При одинаковых габаритных размерах и числе витков индуктивность квадратной катушки в 1.27 раза больше круглой.

Площадь, занимаемая одной спиральной катушкой, не превышает обычно 1 см². Максимальное число витков, которые можно разместить на этой площади, определяется разрешающей способностью технологического процесса, в частности величиной b_min. При типовой технологии b_min=50 мкм, что позволяет получить пленочную индуктивность ≈10 мкГн, при добротности в пределах 80-120, при оптимальном соотношении D_вн и D_н:

На характиристики спиральной пленочной индуктивности влияют значение их собственной емкости С_L и сопротивление обмотки R_об. От С_L зависит собственная резонансная частота катушки, оцениваемая по формуле:

,

где l_сп – полная длина спирали;

ζ_r – электромагнитная проницаемость;

с/- скорость распространения электромагнитной волны;

с- скорость света.

Необходимая толщина пленочной спирали зависит также от рабочей частоты и определяется глубиной проникновения δ электромагнитных волн в материал пленочного проводника (скин- эффект): .

На индуктивность и добротность пленочной индуктивности оказывают влияние также металлические элементы конструкции микросхемы, расположенные вблизи катушки. Размагничивающее действие вихревых токов, наведенных в ближайшем металлическом предмете (например, корпусе), снижает индуктивность и добротность спиральной катушки, так как возникают дополнительные потери электромагнитной энергии в области вихревых токов. Этот эффект иногда целенаправленно используют для подстройки индуктивных элементов, например, над индуктивностью делается подвижная металлическая пластинка, параллельная подложке, тогда засчет изменения перекрытия этой пластины с индуктивностью можно плавно уменьшать индуктивность катушки.

Дата добавления: 2014-01-11