如果被動元件遵循摩爾定律…

作者 : Bill Schweber,EE Times/EDN/Planet Analog資深技術編輯

哪些應用可能透過超微型電感器而使RF電路設計和佈局更加容易?

有時候,用「如果?」(what if?)來做推測是一個值得的思考實驗,因為它拓寬了您的思維和視野。「摩爾定律」(Moore’s Law)實際上並不是物理意義的定律,而是一個假設。

高登·摩爾(Gordon Moore))於1965年為《電子雜誌》(Electronics)撰寫一篇名為《在積體電路中塞進更多元件》(Cramming More Components Onto Integrated Circuits) 的文章。該文章不僅簡短、易讀,而且非常有先見之明。自從他在此文中提出該定律之後,「摩爾定律」於是定義了半導體產業,而文還包含了其他幾個令人印象深刻的目標預測。

雖然摩爾的文章重心大部份都集中在數位整合上,但在文章結束之前,他確實指出了數位和線性電路之間的一些差異——但這一事實經常被那些引述摩爾預測的人所忽視。

他寫道:「缺乏數值較大的電容器和電感器,是線性領域中整合型電子元件的最大基本限制。就其本質而言,此類元素需要在一定體積內儲存能量。對於高Q值而言,體積就必須要大。從術語本身來看,大體積和整合電子元件的不相容性是顯而易見的。諸如在壓電晶體中的特定共振現象,可以預期會有一些調諧(tuning)功能的應用,但是電感器和電容器將伴隨我們一段時間…其他線性功能則將發生很大的變化。整合結構中類似元件的比對和追蹤,將使差動放大器的設計在效能上大幅提升…未來的整合型射頻(RF)放大器很可能由整合的增益級組成,以最低成本提供高效能,並穿插相對較大的調諧元件。」

當今的現實是,我們確實有低值的晶片式電感器、電容器和電阻器。許多系統單晶片(SoC)設計使用巧妙的拓樸結構,以儘量減少這些L和C的數量和值,即使它需要更主動但更容易整合的裝置。畢竟,類比IC設計不僅僅是將離散式裝置原理圖簡化成IC而已。

於此同時,在利用新材料、製造技術和自動化來創造小至難以想像的被動元件方面已有巨大的進展。有許多,但不是所有的這些被動元件,是使用某種陶瓷晶片作為實體建構的基礎。

儘管如此,超小型線繞(wirewound)裝置仍然還有空間。例如,我剛看到Coilcraft 016008C系列的產品發佈,該產品號稱是全球最小的高頻線繞晶片電感器 ,尺寸只有0.47mm × 0.28mm × 0.35mm (1)。

它可提供範圍從0.45nH到24nH的36種電感值,其特色包括所謂市場上最高的Q因子和非常低的直流(DC)電阻,低於薄膜電感器——需要高Q值才能儘量減少RF天線阻抗比對電路中的插入損耗。資訊豐富的資料表不僅列出了規格,還可辨識用於測量每個參數的儀器。

雖然這種精巧性仍難以企及IC所能達到的,但在被動元件「縮小」方面仍然十分可觀。因此,需要這種適中電感值的RF電路,才能在元件佈置和產品封裝方面具有額外的靈活度,並減少寄生元件。

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