3．2 MIM电容

微波射频集成电路中的电容主要包括pn结电容、MOS电容、MIM(金属-电介质-金属)电容等。pn结电容和MOS电容属于半导体器件，这里不做讨论。MIM电容在微波集成电路中最为普遍，用于匹配、滤波、隔直流等，容值可到十几pF。MIM电容的剖面结构如图5所示。容值由上下层金属的重叠面积、介质的等效电介质常数和厚度决定，另外电容的电场分布还存在边缘效应，在电容面积较大时边缘效应可以忽略，当电容面积较小且工作频率很高时就需要考虑它的存在了。图6(a)是MIM电容的一种等效电路，这个等效电路中考虑了介质损耗和对地寄生等效应。射频微波电路中电容的面积不宜太大，否则在工作频率较高时分布效应就会非常明显，甚至呈现感性。在微波毫米波集成电路中要慎重考虑电容元件上下电极的连接、信号的传输方向和接入位置。微波电路中电容的传输效应可用图6(b)的形式等效，这种模型在低损耗的微波毫米波电路中经常采用，其中L表示电容的长度。

3．3电感

电感同电阻电容相比特性更为复杂。图7是一种矩形片上电感的版图结构，其等效电路模型如图8所示，模型中考虑了带线的阻性损耗、线圈间隙的容性寄生以及衬底损耗等因素[3]。在CMOS射频集成电路中，由于铝金属系统的损耗特别是Si衬底高频损耗，使得螺旋电感Q值很低，限制了工作频率的提高和电路性能的改善。提高9值一直是设计者追求的目标，这方面的工作很多，可参阅其他相关文献。GaAs的衬底损耗同Si相比要小得多，而且GaAs微波单片集成电路中的带线采用金系统，这也有利于电感e值的提高，即Au金属带线的本身电阻率很小； Au经过电镀加厚进一步减小阻性损耗； Au带线的电感线圈还可以采用空气桥结构，使大部分金属以桥面的形式悬浮于空气中，减小衬底损耗以及容性寄生。通常GaAs电路中电感元件可以用到Ku波段。

4 MMIC和RFIC对EDA软件仿真 器的要求

4．1用于微波射频IC设计的电路分析方法

EDA软件的仿真器要满足各种电路仿真的要求。SPICE是最早的电路分析软件，发展到今天的EDA系统，SPICE功能是各种工具必须具备的基本功能。SPICE的直流分析、交流分析及瞬态分析，能进行基本的直流、交流小信号和时域仿真。交流分析中还包括小信号的噪声分析和失真分析，可以计算电路的噪声电压、噪声电流和弱的非线性电路的交调失真。有的版本，如H SPICE还能通过交流分析计算端口的S参数。SPICE中的傅里叶分析实际上是对瞬态分析的补充，它将时域分析的数据通过傅氏变换转换到频域。

射频和微波集成电路设计一般都在频域进行，因为微波元件、传输线的模型都是在频域给出的，而且高频系统的性能用频域来描述更为直接。当然通过对时域瞬态分析的数据进行傅氏变换也可以获得频域结果，但是很多时候这样做会费时费力，因为进行瞬态分析必须对稳态情况下的信号做高频采样，采样点至少遍布其低频调制信号或低频分量的一个周期。如果信号中低频分量的频率与高频载波相差悬殊，就必须考虑在一个低频周期中进行大量的高频时域数据采样的效率问题[3]。这一点在话音的无线通信中最为典型。另外，在分析放大器的IM3时，由于频差很小的频率之间的交调会产生低频分量，也会遇到同样的问题，这就需要高效的频率域分析方法。

频域分析主要有伏特拉级数法和谐波平衡法，在专业的微波电路软件中这两种技术比较常见。伏特拉级数法利用频域解析的方法求解非线性电路的响应，计算速度比较快，适于弱的非线性电路；谐波平衡法实际上是时域和频域结合的一种分析非线性电路的方法，它避免了时域法中的瞬态求解过程，具有很高的分析效率。频域分析可计算电路的非线性特性，如放大器的谐波、IIP3、IM3、混频器的频谱分布、变频增益、振荡器的非线性振荡平衡条件、谐波特性等。

对于更复杂的信号如通信中的数字调制信号、脉冲调制信号等，包络分析是一种更为有用的手段r：l，这种技术是在缓变的波形包络的时域采样上对高频载波信号进行谐波平衡分析，也就是它得到的是与波形相关的一系列谐波平衡分析的频率信息，通过变换可得到信号的完全频谱，避免了冗长的时域仿真和相应的数学变换。这种方法可以分析调制信号的频谱、放大器的瞬态响应和功率放大器对调制信号的响应、锁相环路的瞬态过程、振荡器的起振过程、射频微波AGC(自动增益控制)电路的增益控制过程等。

4．2电磁场分析

电磁场分析在射频微波集成电路的设计中发挥着重要作用，主要体现在高频元件的仿真、建模、验证和互连线高频效应分析。在微波射频电路中电阻、电容，特别是电感元件都要考虑分布效应。虽然对特定的电感可以通过实测的方式得到参数值，但对于很多特殊情形还需设计者自己考虑以保证设计精度。对于电容元件，高频条件下不同的连接方向和位置对分布效应影响的阻抗特性是不同的。在微波版图中要考虑的问题，一是面积因素，尽量在较小的面积内达到电路性能；二是各种元件之间的相互影响。集成电路进入深亚微米阶段，互连线是严重影响电路性能的重要组成部分，不仅要考虑分布电容，还要考虑分布电感。在微波单片集成电路中，10千兆以上频段常常用微带线进行电路匹配，带线的连接、拐弯、交叉、相邻都要影响电磁场的传播。数值电磁场分析软件是微波射频集成电路必不可少的工具，这方面的工作已经很多。电磁场分析要折衷考虑精度、效率的关系。三维场分析精确度高但是效率较低，在微波射频集成电路中，基于矩量法的平面电磁场仿真能较好地保证精度并占用相对较少的计算机资源，因而在微波和射频电路设计中被广泛采用。

4．3集成的设计环境

EDA工具主要进行电路仿真、优化、综合以及版图设计、参数提取和后仿真，此外还能够提供基于工艺线的设计环境，即Design Kit，减小电路设计人员对工艺了解的依赖程度。DesignKit与EDA软件的结合通常由代工厂和EDA软件商合作完成，将代工厂的元器件模型、物理设计环境集成到EDA软件中，使电路设计人员进行IC设计时能直接调用工艺线提供的元器件模型，从而将原理、版图的设计和验证在统一的环境下进行。

4．4电路设计与系统设计

电路的设计是根据系统的要求进行的，与系统设计密不可分。功能电路单元要从系统的角度来考察验证，尤其高度集成的单片射频系统芯片本身就是一个系统Il，。因此系统设计手段也被应用到MMIC和RFIC的设计中来，要求电路单元与系统模型能够协同仿真。由于单片系统日益提高的复杂性，研发成本不断提高，市场的需求要求尽量缩短研发时间，系统设计需要深入到芯片内部。EDA工具将系统设计和芯片设计结合起来，可以优化系统的性能，提高芯片的成品率，降低研发成本，加速产品的市场化进程。

5 结论

本文叙述了微波与射频集成电路设计中采用EDA的一些情况，有许多问题还在研究和探讨之中。集成电路设计涉及到从半导体器件到电路系统每一环节，虽然工业的EDA软件能帮助我们方便地进行设计，但对于设计者而言，需要大量的理论学习和积累以适应新的技术和方法的出现和发展。

http:///htm_tech/2008-1/6931_893917.htm