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如何降低寄生电容对射频电路的影响呢?

来源:
2025-06-04
类别:基础知识
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文章创建人 拍明芯城

在射频电路中,寄生电容会带来增益下降、稳定性变差、带宽受限等诸多不良影响,为降低其影响,可从电路设计、布局布线、元件选择、工艺优化等方面入手,以下是详细介绍:

电路设计优化

  • 采用合适的电路拓扑结构

    • 共源共栅结构:在射频放大器中,共源共栅(Cascode)结构能有效抑制晶体管栅漏电容(Cgd)的米勒效应。米勒效应会使Cgd在输入输出之间形成较大的反馈电容,降低放大器的增益和稳定性。共源共栅结构通过增加一个共栅管,将Cgd的反馈路径隔断,从而减小了其对电路的影响。例如,在GHz频段的射频功率放大器中,采用共源共栅结构可以使放大器的增益提高3 - 5dB,同时改善其稳定性。

    • 差分结构:差分电路对共模信号(包括寄生电容引起的共模干扰)有抑制作用。在射频接收机前端,采用差分低噪声放大器可以降低寄生电容对噪声性能和线性度的影响。因为差分电路的两个支路对称,寄生电容在两支路中产生的效应相互抵消,从而提高了电路的性能。

  • 增加补偿网络

    • 串联电感补偿:在射频电路中,当寄生电容与电感形成谐振回路,导致电路在某些频率点出现增益尖峰或相位突变时,可以在合适的位置串联一个电感来补偿寄生电容的影响。例如,在射频滤波器中,通过调整串联电感的值,可以改变滤波器的频率响应特性,使滤波器的带宽和通带特性更加符合设计要求。

    • 并联电阻补偿:在放大器的反馈网络中,并联一个电阻可以改善电路的稳定性和频率响应。寄生电容可能会使放大器的反馈系数随频率变化,导致增益不稳定。并联电阻可以增加反馈网络的阻尼,减小反馈系数的频率变化,从而提高放大器的稳定性。

布局布线优化

  • 缩短关键信号走线长度

    • 射频信号的波长较短,走线长度对寄生电容的影响较大。走线越长,与周围导体形成的寄生电容就越大。因此,应尽量缩短关键射频信号(如输入信号、输出信号、本振信号等)的走线长度。例如,在射频收发机芯片中,将射频功率放大器的输入输出引脚与外部匹配网络之间的走线长度控制在几百微米以内,可以有效降低寄生电容。

  • 增加走线间距

    • 相邻的走线之间会形成寄生电容,走线间距越小,寄生电容就越大。在设计射频电路PCB时,应合理增加走线之间的间距。一般来说,射频走线之间的间距应不小于走线宽度的2 - 3倍。例如,对于宽度为0.2mm的射频走线,其间距应不小于0.4 - 0.6mm。

  • 采用多层板和接地层设计

    • 多层板可以将射频信号层与电源层、地层分开,减少信号之间的干扰和寄生电容。同时,良好的接地层设计可以为射频电路提供一个稳定的参考电位,降低寄生电容的影响。例如,在四层或六层射频PCB中,通常将顶层和底层作为射频信号层,中间两层分别作为电源层和地层,并通过大量的过孔将地层连接起来,形成一个完整的接地系统。

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元件选择

  • 选用低寄生电容的元件

    • 晶体管:选择具有低寄生电容的射频晶体管。不同封装和工艺的晶体管,其寄生电容差异较大。例如,采用表面贴装封装(如SOT - 23、QFN等)的晶体管,其引脚寄生电容比传统的直插封装晶体管要小得多。此外,一些新型的半导体工艺(如GaAs、SiGe等)制造的晶体管,也具有较低的寄生电容。

    • 电容和电感:在射频电路中,应选用高频特性好的电容和电感。例如,陶瓷电容具有较低的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL),在高频下寄生电容较小。对于电感,应选择具有高Q值和低寄生电容的绕线电感或薄膜电感。

  • 使用集成元件

    • 集成元件将多个功能模块集成在一个芯片上,减少了元件之间的连接线和寄生电容。例如,射频前端模块(FEM)将功率放大器、低噪声放大器、开关和滤波器等集成在一起,不仅减小了电路的尺寸,还降低了寄生电容的影响,提高了电路的性能和可靠性。

工艺优化

  • 采用低介电常数材料

    • 在集成电路制造中,选择介电常数较低的材料作为层间介质,可以减小寄生电容。例如,使用低k介质材料(如SiLK、Black Diamond等)代替传统的二氧化硅介质,能够有效降低晶体管之间的寄生电容。在射频集成电路中,采用低k介质材料可以使电路的工作频率提高20% - 30%。

  • 优化封装工艺

    • 封装工艺也会引入寄生电容。采用先进的封装技术,如倒装芯片封装(Flip - Chip)、系统级封装(SiP)等,可以减小封装引脚和封装材料带来的寄生电容。例如,倒装芯片封装将芯片直接倒装在基板上,减少了引线键合的长度,从而降低了寄生电容。


责任编辑:Pan

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标签: 寄生电容

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