三個(gè)寄生參數(shù)對(duì)電路的影響

隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，由導(dǎo)線引起的寄生效應(yīng)產(chǎn)生的影響越來越大。三個(gè)寄生參數(shù)（電容、電阻和電感）對(duì)電路都有影響：

1.增加傳播延時(shí)，使性能下降。

2.影響能耗和功率的分布。

3.引入噪聲，帶來可靠性問題。

互聯(lián)參數(shù)——電容、電阻和電感

電容 ：一個(gè)長方形的導(dǎo)線放在襯底上，寬度W明顯大于絕緣材料的厚度，那么該導(dǎo)線的總電容約為：

這是一個(gè)直接計(jì)算的公式，就是大學(xué)物理中，電容=介電常數(shù)*面積/距離的計(jì)算方法，所以電容值取決于接觸面積與間距。

當(dāng)W逐漸減小，導(dǎo)線側(cè)面與襯底之間的電容（邊緣電容）不能忽略，計(jì)算模型變得很復(fù)雜。

，

電阻： 一條導(dǎo)線的電阻正比于它的長度，反比于它的截面積，電阻與它的電阻率是直接相關(guān)的：

在布線層之間的轉(zhuǎn)接將給導(dǎo)線帶來額外的電阻，稱為接觸電阻。所以布線時(shí)，盡可能使信號(hào)線保持在同一層上并避免過多的接觸過通孔，以降低接觸電阻。

一種特殊的情況，電阻在高頻下會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)線電阻與頻率有關(guān)，高頻電流傾向于在導(dǎo)體表面流動(dòng)，電流密度隨進(jìn)入導(dǎo)體的深度呈指數(shù)下降，稱為趨膚效應(yīng)，一般在寬導(dǎo)線中才會(huì)出現(xiàn)這樣的問題。

電感： 隨著頻率的提高，片上電感也不容小覷，設(shè)計(jì)專用電路應(yīng)有所考慮。主要帶來的影響是振蕩、導(dǎo)線間的電感耦合以及壓降引起的開關(guān)噪聲等。

導(dǎo)線模型

1.集總模型

導(dǎo)線的寄生參數(shù)是沿它的長度分布的，當(dāng)導(dǎo)線較短且導(dǎo)線部分電阻很小，開關(guān)頻率也很低時(shí)，可以將分布電容集總為單個(gè)電容。

2.集總RC模型

當(dāng)電阻長度超過幾毫米就會(huì)出現(xiàn)明顯的電阻，就要分段計(jì)算：把每段導(dǎo)線的總導(dǎo)線電阻集總成一個(gè)電阻R，把總電容合成一個(gè)電容C，樹狀結(jié)構(gòu)的RC網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。

由于不存在電阻回路，稱為樹結(jié)構(gòu)。各個(gè)電容都在節(jié)點(diǎn)和地之間，那么從輸入到輸入的延時(shí)為：

歸納為：

對(duì)于沒有分支的RC鏈，可以看作為一條分布電阻和電容的導(dǎo)線的近似模型。

由此推導(dǎo)等效時(shí)間常數(shù)為：

如果將這條總長為L的電阻線分割完全相同的N段，每段電阻和電容分別為 rL /N和 cL / N ，進(jìn)一步計(jì)算時(shí)間常數(shù)：

當(dāng)N很大時(shí)：

可以看出導(dǎo)線的延時(shí)是它長度的二次函數(shù)，意味著長度的增加會(huì)使延時(shí)指數(shù)變大。

3.其他模型

分布rc線和傳輸線是另外兩個(gè)模型，都是在不同情況下對(duì)導(dǎo)線的精確近似，大多數(shù)情況考慮集總電容模型就足夠了。 當(dāng)然，隨著工藝的發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)更多的精確模型。