电阻电容电感的物理基础ppt课件.ppt

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1、电阻、电容、电感的物理基础讲座日期：2013-04讲座内容引言电阻的物理基础将物理设计转化为电气性能互连线电阻的最佳近似体电阻率、单位长度电阻电容的物理基础电容量本质电容中的电流流动球面电容介电常数电感的物理基础电感定律一：电流周围将形成闭合磁力线圈电感定律二：电感是导体上流过单位安培电流时，导体周围磁力线圈的韦伯值。电感定律三：当导体周围的磁力线圈匝数变化时，导体两端将产生感应电压。局部电感、总电感、回路自感、回路互感电流分布和趋肤深度引言所有互连线和无源器件的电气描述，都是基于三种理想的集总电路元件（电阻、电容和电感），和一个分布元件（传输线）。互连线的电气

2、特性都是由导体和介质的精确布局，以及它们如何与信号的电场和磁场相互作用来决定的。概念：集总元件、集总电路集总元件集总元件是指元件大小远小于电路工作频率相对之波长时，对所有元件之统称。对于信号而言，不论任何时刻，元件特性始终保持固定，与频率无关。相反地，若元件大小与电路工作频率相对波长差不多或更大的时候，则当信号通过元件时，元件本身各点之特性将因信号之变化而有所不同，则此时不能将元件整体视为一特性固定之单一体，而应称为分布元件（Distributed element），例如微波电路就是其中一个例子。在此种电路中传统之导线很可能会成为具有电感及电容串并联特性之复杂组

3、合。当实际元件的尺寸远小于工作波长才会被视为集总参数元件，若工作频率高于一定程度时候，就不可以忽略了元件产生的分布参数效应。对于集总元件而言，信号波长对于元件大小来说是相当长的，所以当信号通过元件时，信号在元件内部每点之变化相当小，可视为相同，所以元件的特性是一体成，因此集总元件之电流与电压关系可以明确定义。可以明确定义电流及电压关系特性之元件相当多，大致上可分为双端元件(two terminal)与多端元件。双端有电阻、二极管(Diode)、电容、电感等，而多端元件有变压器（Transformer）、晶体管（Transistor）。集总电路集总电路（Lumpe

4、d circuit）是由许多由电源、电阻、电容、电感等集总元件（Lumped element）所组成的电路。在电路理想化的电路模型分析，各点之间的信号是瞬间传递的，电路元件的所有电流过程都集中于在元件内部空间的各个点上，此为集总电路之特性。每个集总元件基本现象时可用数学方式表示，并建立多种实际元件的理想模型。而电阻、电容、电感、电压源和电流源都只是储存或消耗电能磁场的元件，因此都视为集总元件，而且因为只有两个端口，所以也称之为二端元件（或者单口元件）。除此之外，集总电路还需要理想变压器、藕合电感、受控源等四端元件（双口元件）。电阻的物理基础将物理设计转化为电气性

5、能考虑互连线的电气性能，最简单的出发点就是它的等效电路模型。所有模型都由两部分组成，电路拓扑结构和各个电路元件的参数值。任何互连线建模最简单的出发点就是使用三种理想集总电路元件（电阻、电容、电感）和分布元件（理想传输线电路元件）的一些组合。建模就是将物理设计中线的长、宽、厚和材料特性转化为RLC的电气描述形式，建立了互连线电路模型的拓扑结构后，下一步就是提取参数值，这个过程有时称为寄生提取，就是考虑如何把几何结构和材料特性转化为理想元件RLC和T的等效参数值。互连线电阻的最佳近似任何导线（如电路板上的铜线）的两端施加一个电压，就会有电流流过导线。将电压加

6、大，电流也相应加大。实际铜线两端间的阻抗看起来非常像理想电阻，它在时域和频域都是恒定的。一旦把电路的拓扑结构建模为理想的电阻元件，就可以针对互连线的特定几何结构，运用三种分析技术中的一种来提取参数值。（经验法则、解析近似、数值仿真工具）。模型的初始精度与我们把实际几何结构转化成有良好近似的标准模式的好坏有关，或者与我们是否很好地使用了数值仿真工具有关。如果只是需要粗略的近似数值，就可以运用经验法则。对于互连线电阻，只能给出一个良好的解析近似，且这种近似仅适用于均匀横截面的导线。例如，键合线、引脚线和电路板上的线条，整条线上的直径或线宽都是相同的。对于导线

7、横截面恒定的这种特殊情况，电阻值可以由下式近似得出：R=ρd/AR表示电阻值，单位为Ωρ表示导线的体电阻率，单位为Ω·cmd表示互连线两端的距离，单位为cmA表示横截面积，单位cm2例如，如果键合线长0.2cm（即80mil），直径是0.0025cm（即1mil），并且是由电阻率2.5μΩ·cm的金构成，那么其电阻是：R=ρd/A=2.5×10-6×=0.1Ω这是个经验法则：直径为1mil，长80mil的键合线的电阻值大概是0.1Ω。这种近似说明阻值将随着导线长度的增加而线性增加，若将互连线的长度加倍，则阻值也加倍；同时它又与导线的横截面积成反比，即如果横截面增

8、大，阻值就减小。这与我们