Проектирование RC структуры

В гибридных микросхемах находят применение некоторые типы пассивных цепей, в которых резистор и конденсатор распределены по всей пленке, а не сосредоточены в пределах отдельных локальных областей. Цепи с распределенными параметрами позволяют конструировать пассивные схемы с такими электрическими характеристиками, которые не удается получить с помощью конечного числа сосредоточенных элементов. Вследствие интеграции конденсаторов и резисторов использование RС -структур позволяет экономить площадь подложки. Пленочные RС -структуры с распределенными параметрами получили широкое распространение при разработке избирательных усилителей, фильтров, генераторов и других устройств. В простейшем случае конструкция RС -структуры с распределенными параметрами представляет собой тонкопленочный конденсатор, одна из обкладок которого заменена резистивным слоем (рис. 2). Таким образом, емкость будет распределена вдоль линии резистора. Практическая реализация RС -структур основана на использовании нескольких чередующихся пленок: резистивных, проводящих и диэлектрических материалов. Электрические параметры и характеристики RС -структур зависят от геометрических конфигураций и размеров пленок, их электрофизических параметров. Расчет подобного элемента выполняется следующим образом.

Рис. 2 - RC -структура с распределенными параметрами:

а - топология; б – эквивалентная схема; 1 – контактные площадки;

2 – резистивный слой; 3 – диэлектрик;

4 – верхняя обкладка

Располагая известными из электрического расчета значениями R и С, выбирают материалы резистора и обкладки конденсатора. Далее рассчитывают ширину резистивной полоски, принимая во внимание, что площади, занимаемые резистором и конденсатором, одинаковы, т.е.

.

Затем определяют ширину резистора

после чего рассчитывают длину резистора

Полученное значение ширины резистивной полоски необходимо сопоставить с шириной, определяемой из условия допустимой мощности рассеивания для данного резистивного материала, а также с минимальной шириной полоски , обеспечиваемой технологией.

Приведенная конструкция RС -структуры (см. рис. 2) относится к однородным структурам, так как для всей линии сопротивление и емкость, отнесенные к единице длины, являются постоянными. Кроме однородных RС -структур, в микросхемах применяются и неоднородные структуры. В пленочных RС -структурах необходимая неоднородность параметров может быть достигнута изменением ширины линии. Линии с уменьшающейся шириной соответствуют возрастанию сопротивления и пропорциональному уменьшению емкости, линии с увеличивающейся шириной – уменьшению сопротивления и возрастанию емкости. Наиболее часто применяются полоски, ширина которых изменяется по экспоненциальному и линейному законам.

При выборе материалов для реализации RС -структур необходимо выполнять те же требования, что и при реализации сосредоточенных резисторов и конденсаторов. При этом особое внимание следует уделять совместимости материалов.

Многослойные RС -структуры с распределенными параметрами применяются для выполнения разнообразных схемных функций. Например, при определенном соотношении номиналов резисторов и конденсаторов в пятислойной структуре получается фильтр нижних частот.

В микросхемах распределенные RС -цепи чаще всего используют в четырехполюсном, трехполюсном или двухполюсном включении. При этом некоторые выводы n -полюсных структур могут оставаться свободными. В настоящее время наиболее исследованы и находят практическое применение трех- и четырехслойные RС -структуры, обозначаемые как R - C - NR и C - R - NC.

По аналогии с длинными линиями распределенные R С-цепи можно классифицировать на однородные и неоднородные цепи.

Однородной называют RС -цепь с постоянными значениями погонных сопротивления r и емкости с вдоль длины линии, т.е в направлении протекания тока. Если l – длина линии в относительных единицах, то r = R/l, c = C/l. Дифференциальные погонные сопротивление и емкость неоднородной линии являются функциями расстояния вдоль линии r = r(х) и с = с(х).

Полное сопротивление и емкость неоднородной RС -цепи соответственно равны:

В обоих случаях считается справедливой одномерная модель распределенной RС -цепи, иначе говоря, предполагается, что удельные параметры зависят только от координаты х. Это выполняется для однородных цепей прямоугольной конфигурации и для неоднородных цепей, в которых неоднородность формируется за счет изменения удельных параметров резистивных и диэлектрических пленок при сохранении прямоугольной конфигурации.

Более просто неоднородность можно получить изменением геометрической формы распределенной RС -цепи.

Дата добавления: 2015-07-13