CN102375900A - 考虑趋肤效应的模拟射频mim电容的电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑趋肤效应的模拟射频MIM电容的电路结构；包括：模拟上极板趋肤效应的子电路为：串联连接的电阻(Rtp)、电感(Ltp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_t)组成的另一支路并联；模拟下极板趋肤效应的子电路为：串联连接的电阻(Rbp)、电感(Lbp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_b)组成的另一支路并联。本发明子电路模型和器件结构紧密联系，具有很强的物理性；从仿真结果来看，和传统的模型相比在很宽的频率范围，本发明模型可以准确模拟上下极板电阻值；并且可以在很宽频率范围内准确模拟MIM电容器件的品质因数。

Description

考虑趋肤效应的模拟射频MIM电容的电路结构
技术领域
本发明涉及一种模拟半导体器件的电路结构，具体涉及一种模拟射频MIM电容的电路结构。
背景技术
金属-绝缘体-金属电容(MIM，Metal-Insulator-Metal)是射频CMOS或BiCMOS集成电路的重要元件之一，广泛应用在压控振荡器等射频电路模块中。
传统的MIM电容建模方法一般采用等效的Pi型网络或者基于器件结构的物理模型，等效Pi模型没有很明显的物理性，和传统的基于器件结构的物理模型一样，等效Pi模型和传统的物理模型都没有考虑到寄生电阻随频率增大而逐渐增大的现象(趋肤效应)，高估了高频下器件的品质因数，从而限制了模型的精度。
MIM电容器的剖面图见图1，传统的物理模型拓扑结构如图2所示，传统的Pi型等效电路拓扑结构如图3所示。Pi型等效电路和传统的物理模型均不能模拟电容上下极板寄生电阻随频率增加而增大的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑趋肤效应的模拟射频MIM电容的电路结构，它可以在很宽的频率范围，准确模拟上下极板电阻值。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种考虑趋肤效应的模拟射频MIM电容的电路结构；包括：模拟上极板趋肤效应的子电路为：串联连接的电阻(Rtp)、电感(Ltp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_t)组成的另一支路并联；模拟下极板趋肤效应的子电路为：串联连接的电阻(Rbp)、电感(Lbp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_b)组成的另一支路并联。
本发明的有益效果在于：子电路模型和器件结构紧密联系，具有很强的物理性；从仿真结果来看，和传统的模型相比在很宽的频率范围，本专利模型可以准确模拟上下极板电阻值；并且可以在很宽频率范围内准确模拟MIM电容器件的品质因数。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是传统的MIM电容剖面图；
图2是传统的RF MIM电容物理模型拓扑结构示意图；
图3是传统的RF MIM电容Pi型模型拓扑结构示意图；
图4是本专利实施例所述的考虑趋肤效应得RF MIM电容模型拓扑结构示意图；
图5是传统Pi型和物理模型拟合效果示意图；
图6是本专利实施例所述的考虑趋肤效应得RF MIM电容模型拟合效果示意图。
具体实施方式
本发明所要解决的问题模拟MIM电容上下极板寄生电阻随频率增加而增大的现象，可以在很宽的频率范围内准确模拟器件的电阻值，提高模型的精度。
本发明考虑了高频下趋肤效应的MIM电容电路模型；电容的上下层金属极板均考虑高频下的趋肤效应；上极板趋肤效应子电路模型的具体的连接方法为：串联连接的电阻(Rtp)、电感(Ltp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_t)组成的另一支路并联；下极板趋肤效应子电路模型的具体的连接方法为：串联连接的电阻(Rbp)、电感(Lbp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_b)组成的另一支路并联；下极板对地寄生参数分布在下极板两端；上下极板均采用趋肤效应子电路实现等比例缩放模型的方法。
新的MIM电容模型的拓扑结构如图3所示。其中上下极板寄生电阻均考虑了趋肤效应，其中趋肤效应子电路模型的连接方法为：串联连接的电阻、电感作为一条支路和由单独一个电阻组成的另一支路并联。下极板对地电容采用分布式电容的连接方式。
本专利提出的射频MIM电容模型采用图4的拓扑结构，其中采用串联连接的电阻、电感作为一条支路和由单独一个电阻组成的另一支路并联的结构来模拟MIM电容上下极板寄生电阻阻值随频率增加而增大的现象。下极板对地电容分布在趋肤电阻两端的值分别为Cox/2的分布电容来模拟。
与传统的MIM电容建模方法相比，本文提出的模型拓扑结构具有以下技术效果：
1)子电路模型和器件结构紧密联系，具有很强的物理性。
2)如图5、图所示，从仿真结果来看，和传统的模型相比在很宽的频率范围，本专利模型可以准确模拟上下极板电阻值。
3)如图5、图6所示，在很宽频率范围内准确模拟MIM电容器件的品质因数。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (2)

1.一种考虑趋肤效应的模拟射频MIM电容的电路结构；其特征在于，包括：
模拟上极板趋肤效应的子电路为：串联连接的电阻(Rtp)、电感(Ltp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_t)组成的另一支路并联；
模拟下极板趋肤效应的子电路为：串联连接的电阻(Rbp)、电感(Lbp)作为一条支路和由单独一个电阻(Rskin_b)组成的另一支路并联。
2.如权利要求1所述的考虑趋肤效应的模拟射频MIM电容的电路结构；其特征在于，下极板对地寄生参数模拟电路分布在下极板两端。
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