王志功电路与电子线路基础电路部分电子教案第章省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241 1电路与电子线路基础Fundamental Electric and Electronic Circuits第第12章章 互连线与传输线互连线与传输线 王志功 东南大学射频与光电集成电路研究所http:/ 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242 2第第12章互连线与传输线章互连线与传输线 n互连线互连线 n分布元件与传输线分布元件与传输线 n均匀传输线方程均匀传输线方程 n均匀传输线方程正弦稳态解均匀传输线方程正弦稳态解 n均匀传输线原参数和副参数均匀传输线原参数和副参数 n无损耗传输线无损耗传输线 n无损耗线方程通解无损耗线方程通解 n无损耗线波过程无损耗线波过程 n实际传输线实际传输线 第第2页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243 3互连线意义互连线意义l依据2.1节中线网定义，互联线就是电路元件之间联接线，是电路一个主要组成部分。l但过去，互联线长久被忽略，未看成电路主要组成部分来对待。在分析计算时基本上不予考虑。当然，这么做也无可非议，因那时所包括电路非常简单，规模不大。l然而，人们已注意到，在电力传输与配电系统中，尽管电路不甚复杂，但因线路长，有严重电压降，不得不考虑互联线问题。l在电信系统中问题愈加严重。比如电话线路，每个用户都占有一对线，用户线路（Local line）是不能共享。线路又多又长。第第3页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月244 41884年美国纽约市繁荣街道上空架设电话线年美国纽约市繁荣街道上空架设电话线左图是1884年美国纽约市繁荣街道上空，架设电话线实际照片。庞大“蜘蛛网”充满了纽约市主要街道上空，严重地损害了市容，而且又与众多电力线路交织在一起，带来了安全问题。这就迫使政府制订法律，要求在一年内将全部电灯线和电话线移到地下。这是人类第一次感到有必要认真对付线网问题。第第4页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245 5线网问题线网问题n显然，互联线必须认真整理、编号、归类、合理布局和布线，有效地利用有限空间。n其次，又因线路即长又多又密，必定造成信号衰减损耗、带宽限制、波形失真、相互干扰串话等严重地影响信号传输和整个系统品质，这说明了线网问题是不简单。第第5页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246 6举例：家庭智能布线第第6页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月247 7电路元件间互连电路元件间互连l早期电子装置，电路简单，联线又短，普通无需考虑联线问题。伴随电子系统复杂性增加，联线问题开始突出。四十年代电子管产品已经感觉到联接线不有计划地编号编颜色，不把它们编扎起来，就无法生产，无法维修、检验和测试。l进入晶体管时代后，电路元件间互连被约束在铜箔板表面上。人们发觉，不是全部电路都能够布在一个平面上。下列图指出，在一个平面上把四个点全部联接起来是可行。然而，想把5个点全部联接已是不可能，总有一条线无法导通。第第7页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月248 8 3个信号分别加到三个个信号分别加到三个3个端点情形个端点情形 l左图是将3个信号分别加到三个含有3个端点器件（比如，晶体管）上去。这么，共有9条联线需要连通，其网表以下：l1=(E1,D1a);l2=(E1,D2a)l3=(E1,D3a);l4=(E2,D1b)l5=(E2,D2b);l6=(E2,D3b)l7=(E3,D1c);l8=(E3,D2c)l9=(E3,D3c)l不难发觉，l5无法非跨越连通。第第8页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月249 9跳线与多层印刷电路板跳线与多层印刷电路板l不论人们怎样努力，总有一条线无路可走。看来，在一个平面上要连通全部联接线不是那么轻易。要想全部连通，只能依靠跳线(jumper wire)，从另一平面内取得连通。l这就是为何在全部收录机或电视机印刷电路板上几乎都有若干跳线原因。l在一些较复杂电子仪器设备中往往采取双面铜箔板，免去了跳线之烦。l对于计算机这类电子产品除了布线联通问题外，还有布线容量问题。在有限表面上挤不下如此众多布线，况且还有许多其它电气性能要求，故普通采取多层印刷电路板（PCB，Printed Circuit Board），起码四层，多甚至到达64层。第第9页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241010集成电路内部线网问题集成电路内部线网问题l在集成电路内部，线网问题尤为严重。l当前，不少芯片含有上亿个晶体管，联接线条数也是亿级。要在一个小小硅片上挤上亿条联线确实是一个难题。况且在硅片上允许联线层数是受工艺过程限制，不可能任意添加。l早期集成电路普通用两层金属联线，最新工艺到达610层联线。故线网联接是一个非常主要课题。第第10页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241111底板底板/背板背板l计算机实际上是一个最具代表性电子产品。一个小小计算机实际上含有上千万个元件。l一个大型机、超级机往往装有几十亿个元件。这么多电子元件相互联接在一起主要是依靠层次联接方法。最大量联接线实际上是在硅片上实现，还有许许多多联线是在多层PCB上实现，还有不少联线是在底板（Backplane）上实施。l小小微机无需庞大底板，因而底板上连接没有引发人们注意。然而庞大程控交换机，底板上连接颇受人们注意。超级机底板连接将使人们大开眼界其复杂程度远远超出当年纽约上空“蜘蛛网”。第第11页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241212底板/背板示例第第12页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241313新技术新技术为了处理联接线问题，人们已经开发了一些新技术，比如=MCM（Multichip Module）多芯片组件，=支撑面集成技术（Backplane integrated），=FPIC（Field Programmable interconnect component）可编程互连元件。第第13页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241414光互连技术l为了处理Gbps超高速数据互联，人们开始采取光互连技术。l总之，线网问题已成为电路工程中最主要课题之一。第第14页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241515互连线版图设计互连线版图设计l互连线是各种分立和集成电路基本元件。可能不少人对于这一概念不是尤其明确。实际上，互连线版图设计是集成电路设计中基本任务，在利用门阵列设计电路中甚至是唯一任务。l在混合集成电路和单片集成电路衬底上，互连线大多形式上是金属薄层形成条带。不一样衬底上电路互连可能用到金属裸线或电缆。第第15页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241616PCB上互连线第第16页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241717IC版图：元件与互连线第第17页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月241818互连线设计应该注意问题互连线设计应该注意问题1)为降低信号或电源引发损耗以及为了降低芯片面积，连线应该尽可能短。实际上，版图设计中只要对那些传输高频信号关键互连线按最小长度布线就能够了。2)为了提升集成度，在传输电流非常微弱时(如MOS栅极)，大多数互连线应以制造工艺提供最小宽度来布线。3)在连接线要传输大电流时，比如，用于接地和提供电源互连线，应预计其电流容量并保留足够裕量。第第18页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月24互连线设计应该注意问题互连线设计应该注意问题(续续)4)制造工艺提供多层金属能有效地提升集成度。5)在微波和毫米波范围，应注意互连线趋肤效应和寄生参数。假如可能，为了更易建模和分析，可使用传输线结构。6）在一些情况下，可有目标地利用互连线寄生效应。比如，传导电阻可用来实现低值电阻。两条或共面或上下平行互连线间电容可用作微波或毫米波信号旁路电容。1919第第19页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242020互连线模型互连线模型lCMOS工艺发展到深亚微米阶段后，互连线延迟已超出逻辑门延迟成为时序分析主要组成部分。这时，应采取链状RC网络、RLC网络或传输线来模拟互连线。为了确保模型准确度和信号完整性，需要对互连线版图结构加以约束和规整。l模型是客观实体抽象表示。线网模型是实际互连线一些基本行为抽象表示。线网模型确实定通常取决于三个原因：=联接拓扑。=连接线几何和物理属性，包含尺寸、形状、位置与环境，以及材料电气特征。这些是填在网表属性一栏里。=对模型要求，假如仅仅分析电路功效，能够忽略线网行为对电路性能响应，模型就能够简单。若需模拟或验证电路性能，就不能忽略线网行为对电路性能影响，必须有准确模型。第第20页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242121零级模型零级模型 l零级模型是仅考虑联接拓扑，把联接线看成短路线，不考虑几何形状和物理参数，也即不考虑线网属性情况下确定模型。举例：对线网必有（12.1）l从上图能够看出，一条短路线将两个端点联接起来，必定含有式（12.1）所描述特征。第第21页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242222四个端点线网四个端点线网 l用短路线将端点a、b、c、d全部联接起来，故必有l因为是短路线，在该线网上电位处处相等，并等于端点电位。又因端点a、b、c、d均是元件端点，流出流进各元件电流均聚集在线网上。线网只是短路导线不可能存放电荷，故流出流进线网电流代数和必定为0。其实，这是基尔霍夫定律KVL和KCL一个表示形式。第第22页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242323一级模型一级模型 l一级模型是认可联接线含有电阻，不是短路线。l电阻值大小取决于联接线几何形状、尺寸、物理参数和电流流向。这些参数可从网表属性一栏中取得。当然，这些电阻是分布在整个线网上，为了计算方便，把它看成集中参数。l因而，对线网l(a,b)，有电阻r，则（12.3）第第23页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242424线网一级模型（电阻网络）线网一级模型（电阻网络）对线网l(a、b、c、d)，在计及电阻时，尚需补充两个内部节点x和y，分解成5个集中电阻，见右下列图所表示。显然，该线网模型将由一组方程式来描述。第第24页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242525二级模型（阻容链接网络）二级模型（阻容链接网络）l互联线二级模型不但需要考虑线网电阻，还需考虑对地分布电容影响。这时，互联线能够用下列图所表示RC分布网络来模型。其寄生电阻和电容可隶属性一栏中提供基本几何和物理参数经过计算取得。第第25页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242626三级模型（三级模型（RLCG链接网络）链接网络）l到了射频和长度很大时，金属导线本身电感L和它们之间互感耦合M不可忽略，再考虑到导线之间漏电导G影响，它们就含有了真实“传输线”（TL：transmission line）特征。第第26页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242727传输线与分布元件传输线与分布元件在互联线三级网络模型中，射频时所发生电磁现象是含有分布性质，必须在一定条件下才能建立其集总参数模型。下列图给出了一个实际电路，这是一个电源经过导线向负载传递信号或能量含传输线经典电路。第第27页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242828传输线分布参数传输线分布参数l导线中电流是由导线中电场产生，电流在导线外产生磁场（用磁感强度B表示）；而且因为两导线之间电压，导线间也有电场（用电场强度E表示），此电场在导线之间产生电容电流和漏电流。l这些电场磁场都是沿线分布，即分布在空间。就导线上能量损耗与磁场效应来说，因导线间电流造成导线中电流处处不一样，故不能以一项i2R或L(di/dt)（即以一个集总参数R、L）来概括导线上物理过程；而导线上电阻、电感压降也造成线间电压处处不一样，故不能以一项v2G或C(dv/dt)，即以一个集总参数G、C）来概括导线间物理过程。第第28页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月242929传输线电路参数分布模型传输线电路参数分布模型 l靠近这种物理现象电路模型，应是由导线上无限多个电阻、电感以及导线间无限多个电导、电容所组成分布参数（distributed parameter）模型。第第29页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243030连接线是否必须采取分布参数模型连接线是否必须采取分布参数模型l以传输线为例，只要沿传输线流动电流随空间距离改变很小，即导线间空间电容电流及电导电流不大时，就能够用单个电阻来描述损耗、单个电感来描述磁场作用。引申至一个实际电阻器情况，在直流工作条件下其模型则是电阻元件和电感元件串联组合。l另一个方面，当可不计导线上电阻、电感电压降时，认为导线间全部漏电流、全部电容电流都处于同一个电压时，就能够用单个电导来描述导线间漏电作用、单个电容来描述导线间电容作用。实际电容器则是另一例，在直流或低频交流时可不计在极板上电流电阻性压降和电感性压降，其模型就是一个电容器件和一个电导器件并联组合。第第30页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243131直流稳态下使用分布参数直流稳态下使用分布参数RG链接模型链接模型 直流稳态下，有时也要用分布参数模型。比如在直流输电线中，假如要研究沿线电压、电流改变，这时即使电感电容不产生影响，还应从导线上电阻及导线间电导所组成分布参数模型来研究。由此形成份布RG链接模型。第第31页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243232交流稳态下使用分布参数模型交流稳态下使用分布参数模型l交流稳态下，因为电感电压及电容电流都与工作频率成正比，所以在高频下分布参数问题就更为突出。l这能够从电磁波传输来解释。真空中电磁波是以有限速度（光速）波动方式运动，在运动过程中在传输方向会出现波峰（极大值）、波谷（极小值）移动。l相邻波峰（或波谷）距离成为工作波长。众所周知，=v/f=vT，其中v为波速，f为工作频率，T为周期。l在电压（或电流）波峰所到之处，电压（或电流）到达极值，在电压（或电流）波节所到之处，电压（或电流）到达零值。l所以沿传输方向，即使在同一时刻，沿线电压（或电流）是以波长为重复周期电压（或电流）波动形式。第第32页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243333电磁波在传输线上传输电磁波在传输线上传输l右上图示出，当线长l时，全线电压（或电流）处于同一改变状态，就可使用集总参数模型；l右下示出l 时，即线长可与作比较时，此时沿线电压（或电流）有显著波动，各处数值不一，就不能够使用集总参数模型，而必须采取分布参数模型。第第33页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243434电磁波在传输线上传输：电磁波在传输线上传输：l，l l线长l与工作波长可相比较传输线成为长线。“长”是以线长l相对于工作波长=v/f而衡量。l假如波动速度以真空中光速计，即v=c=3108m/s。在工作频率f=50Hz时=v/f=6000km。普通电气部件、传输线都满足l，能够使用集总参数模型。l但在高频情况下就不一样了，比如当 f=300MHz（超高频）时，=1m；f=30GHz(毫米波）时，=10mm；此时不长一条线就是长线，假如再使用集总参数模型将会产生错误结果。l在研究天线、雷达及微波设备中电路时，广泛使用分布参数模型。第第34页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月243535判断是否使用分布参数判断是否使用分布参数l令t=l/v，t为电磁作用传遍线长所需时间。条件l两侧均除以v后就能够写为t R0，C0G0。将损耗略，不致引发较大误差，所以可看成无损耗线。l传输常数：l特征阻抗：l输入阻抗：第第53页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245454终端阻抗与传输线匹配情况终端阻抗与传输线匹配情况ZL=ZClZL=ZC，终端阻抗与传输线匹配：l传输线上电压、电流是从始端向终端传输入射行波，且无振幅衰减；在相位上，离始端越远处，相位越落后，但在同一点上，电压、电流则为同相，其振幅比等于Zc（为实数）。电压、电流行波将电能从始端无损耗地传递到终端阻抗中去，不产生反射。第第54页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245555终端开路情况终端开路情况ZL令则则输入阻抗输入阻抗第第55页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245656终端开路情况终端开路情况ZL0令则则输入阻抗输入阻抗第第56页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245757无损耗线作为阻抗变换无损耗线作为阻抗变换 l无损耗线在终端开路或短路时，其输入阻抗含有一些特点在射频技术中取得了广泛应用。l长度为/4无损耗线能够用来作为接在传输线和负载之间匹配元件。l设无损耗线特征阻抗为 Zc1，负载阻抗为Z2，且设 Z2为纯电阻（即Z2=R2），现在要求设法使Z2和Zc1匹 配。第第57页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245858无损耗线作为阻抗变换无损耗线作为阻抗变换 l长度为l=/4无损耗线输入阻抗Zi为l式中Zc为无损耗线特征阻抗。因为 ，所以上式成为 。可见，为了到达匹配目标，应使Zi=Zc1。于是求得此/4无损耗线特征阻抗应为第第58页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月245959例题例题12.1l现用特征阻抗为75终端短路无损耗线来实现工作频率f=600MHz下0.7589H电感，试求其长度l。解：依据终端短路时输入阻抗公式，有现有 ，则故有 ，解得 。第第59页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246060无损耗线方程通解无损耗线方程通解 l均匀传输线偏微分方程式l为简化起见，忽略传输线损耗，即认为R0=0和G0=0，则上述方程成为第第60页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246161无损耗线方程通解无损耗线方程通解l因为是均匀传输线，所以L0和C0为常数且与x无关。上述偏微分方程通解含有以下形式：l式中 称为波速度，简称波速（在数值上恰好等于正弦稳态下相速v）；而函数f1和f2均为待定，要依据详细边界条件和初始条件确定。第第61页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246262电压入射波沿线分布电压入射波沿线分布 n对电压分量v+进行讨论。设在t=t1时，电压分量：n此时电压沿线分布以下列图实线所示lt=t2时电压l用相同方法分析电压分量v，不难看出它是一个以相同波速v向x负方向运动行波，也即反射波。第第62页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246363沿线电压和电流是入射波和反射波叠加沿线电压和电流是入射波和反射波叠加l沿线任一点电压分量v+(v)和电流分量i+(i)比值为lZc就是无损耗线特征阻抗或波阻抗。在任何瞬间，沿线电压和电流都能够看作是入射波和反射波叠加。第第63页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246464终端开路无限长线电压电流分布终端开路无限长线电压电流分布+-第第64页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246565终端短路终端短路无限长线电压电流分布无限长线电压电流分布+-第第65页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246666立体传输线立体传输线 l按结构传输线大致可分为立体（solid）工艺和平面（planar）工艺两种类型。最经典立体传输线是由在均匀媒介中放置两根平行直导体组成。图中，（a）为双架空线，是传统架空电报电话线形式；（b）为同轴电缆，含有高带宽和优越电磁屏蔽性能；（c）为二芯电缆，可用于远距离传送差动信号；（d）为一线一地式传输线，是简单架空电话线形式，也是下面要讨论微带线原型。第第66页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246767微带线微带线 l微带线(Microstrip)是在一片介质薄板两面形成两条平行带状导线，基本结构如左下图所表示。在半导体或半绝缘体上，微带线上表面通常覆盖起保护作用一层钝化介质膜，见右下列图。对于射频传输系统PCB和IC设计，下列图是最基本形式。第第67页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246868微带线传输微带线传输TEM波波l微带线传导包含六个电磁场分量准TEM波。在低频时，纵向分量能够被忽略。这时，微带线被认为是传输TEM波经典传输线之一。可定义TEM波传输线条件是 l比如，对于GaAs（r=12.9），f=10GHz时，w和h值应该小于200m。这就是要求制造微带线GaAs衬底厚度低于200m，通常为100m原因。微带传输线已广泛使用在单片和混合集成微波电路中，用来传输信号或组成无源元件。第第68页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月246969微带线设计需要电参数微带线设计需要电参数n微带线设计需要电参数主要是特征阻抗（characteristic impedance）Zc、衰减、无载Q、波长、拖延常数td。在l0w/h10时(大多数工程应用可选范围)，由以下公式计算出阻抗精度为2.5%l这里，ereff是有效介质常数(effective dielectricity)，它可用以下公式计算得出：n有效介质常数是金属层厚度函数。第第69页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月247070微带线导线损耗和介质损耗微带线导线损耗和介质损耗l微带线衰减a由两部分组成：导线损耗ap和介质损耗ad，即 lap可由以下公式计算得出：（dB）l这里，R是金属膜方块电阻。ad可由以下公式计算得：（dB）l这里，是衬底材料损耗系数。第第70页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月247171共面波导共面波导(CPW)l经典共面波导如左下列图所表示，由中间金属带和作为地平面两边金属带组成。两边金属带距离 l为CPW横向尺寸。CPW总横向尺寸大约是3d，因为地到地平面金属带延伸应该有一个可与d相比距离。第第71页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月247272共面波导共面波导(CPW)lCPW用作传输线，也能传导TEM波。对它要求是l比如，对于GaAs和=10GHz，d值应该小于200 m。lCPW衬底后面无须覆盖金属层。然而，衬底可能是粘贴在接地金属板上。对于500m厚衬底，接地金属底板影响能够忽略。lCPW特征阻抗可经过以下公式计算得到：l对于厚衬底(d/h1)，有效介质常数值为 第第72页页东东 南南 大大 学学 射射 频频 与与 光光 电电 集集 成成 电电 路路 研研 究究 所所106月247373CPW优点和缺点优点和缺点n相对于微带线，CPW优点是优点是：1）工艺简单，费用低，因为全部接地线均在上表面而不需接触孔。2）在相邻CPW之间有更加好屏蔽，所以有更高集成度和更小芯片尺寸。3）比金属孔有更低接地电感。4）低阻抗和速度色散。nCPW缺点是：1）衰减相对高一些，在50GHz时，CPW衰减是0.5dB/mm;2）因为厚介质层，导热能力差，不利于大功率放大器实现。第第73页页