第三章 高頻電路的設計考量
CHAPTER 3 Design Considerations of Radio Frequency Circuit 圖可得知銲墊( Bonding PADs )間的間距，端看測試機台其測試手臂上之探
針彼此之間的間距(Pitch)來作為電路佈局時的法則，而圖 3.23 所示為 On PCB board 量測的示意圖，其在銲墊( Bonding PADs )的間距與方向就較無 嚴格的限制。
圖 3.23 On PCB board 量測的銲墊( Bonding PADs )擺放示意圖
而在銲墊( Bonding PADs )的數量方面也是一個重要的考量，一個最主要的 念：若晶片是使用On PCB board 量測的話，由於在一晶片當中是無接地 參考面的，而是必須透過鎊線(Bonding Wire)的方式來將接地的參考面引到 PCB board，但是透過鎊線(Bonding Wire)的方式會在銲墊( Bonding PADs ) 與接地面之間產生一個串聯的電感性效應；由此可之，為了盡量降低此電 感效應，銲墊( Bonding PADs )的數量能夠擺放愈多愈好，因為能夠利用將 電感並聯的方式而藉以降低其所造成不必要之效應。
3.3.2 電路佈局需注意事項
在進行電路佈局時必須遵守一定的規範，而這些規範會由製程廠所提 供，設計時只需透過軟體與該規範相互比對作驗證，便可進而增加電路在 下線後之良率；在此章節當中，將針對一些在電路佈局時所需要注意到的 重點規範，以及在作電路佈局時，所碰到的一些問題與解決的方法作一條 理化的描述。
3.3.2.1 元件 觀
的置放與走線(Placement and Routing)
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在進行元件與元件之間的連接時，都是以金屬層來作連接，而不是以 Poly 來作連接，原因是信號的路徑當中最怕的就是信號的損耗，而一般來 說Poly 的電阻性為金屬的幾萬倍，因此一定選擇導電性高、損耗性低的金 屬來作電路的連接。
而在進行電路佈局時，對於元件的擺設有其一定的規則與方式，而在 頻電路方面首重就是元件間必須要有一定的間隔，以避免信號出現互擾 號路徑；而另一重點就是整體面積的控制，
定，
定走線的寬度，其有效寬度只要大於製程廠所規範最小(minimum) 通過該導線的電流密度 urrent density)，因此，電源線(Power line)與資料線(Data line)其所需要的 寬度
塌或甚至斷裂的情形發生；此外，線路的走線也不宜過粗，
否則由於硬力的關係可能會導致金屬翹起的現像發生，而必須在金屬線上 切一一定大小之槽(Slot)，因此若真的需要較粗的走線，
流(DC)訊號，
高
的情形，且又仍保持最短的信
在RF 電路當中佔全部電路最大面積的元件就是電感，因此電感位置的確 將會嚴重影響其他元件的置放以及走線的路徑。接下我們將針對此部 分的重點條理化，並列舉如下，首先我們先針對走線的部分來作討論，並 分述如下：
▲走線的寬度：
決
寬度便可，而在決定其寬度最主要的條件便是可以 (c
也彼此有所不同；此外，在同一製程當中，其不同層但同為金屬性的 導線其密度也有所不同，其示意圖如3.24 所示：
Metal 6 密度低
圖 3.24 TSMC 金屬密度示意圖
由圖3.24 可知，選擇金屬時其密度是很重要的一項考量，否則很可能 會產生金屬下
每隔一定之距離裁
則將其分成數條獨立的走線為一較適的解決方式。
▲走線的長度：
走線長度的決定是非常重要的，而在高頻或微波的電路佈局當中更是 甚之；一個非常重要的原則就是：若走線中只單純存在著直
Metal 4 Metal 5
Metal 1 Metal 3 Metal 2
密度高
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則我們較不需對金屬線考慮非常嚴謹，但 流(DC)與交流
C)訊號則必須讓此信號走最短路徑， 設法讓走線愈短愈好，一個 嚴謹的觀念就是走線之長度希望能夠 λ/20 之內，換句話說就是將 位角的偏移量控制在30之內。
為什麼信號必須走最短路徑呢？一 單的 是不希望交流
信號有相位偏移，假若交 話，那麼對頻率來說就
產生頻率偏移的現像了，頻率偏移的造成對電路設計是一個非常不好的現 象，
等效為一電阻與電容的串聯模型，而其 值端看製程的技術而定。
distance)，尤其是在相同的階層(Layer)更是如此，因為若兩擁 交流訊號的走線太過於靠近的話，會使交流訊號互擾，也就是俗稱的串 (Crosstalk)的現象，因此為了避免信號傳輸的錯誤，應該盡量避免長距離 平行線出現，其示意圖如圖3.26 所示：
假若走線中存在直
(A 也就是
較 控制在
相
個最簡 理由就
流信號的相位產生偏移的
由其在高頻或是微波的電路設計當中更是。相位偏移的現象可以假想 為信號因為多走了τ 個時間常數，而產生相位(頻率)偏移，其示意圖如圖 3.25 所示：
圖 3.25 金屬線所造成之信號延遲示意圖
由此可知一段金屬線我們可以將其
原始訊號
數
▲走線的連線：
走線的方式，依其型式約略的可將其區分為兩種類型：一種是平行線 而另一種為穿越線，首先針對平行線來作討論；基本上不論是操作在任何 頻率的電路佈局，都希望擁有交流訊號的走線與走線之間能夠有一定的間 距(Minimum
有 音 的
經過導線 之訊號
導線所造成之信號延遲
信號間產生互 相干擾的情形 兩同層之金屬線
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圖 3.26 信號間產生串音現象之示意圖
之間我們大多希望能夠採取跨越的方式，以盡量避免串 音現
圖 3.27 導線間的跨接示意圖
) 900角 (b) 450角 圖 3.28 導線 角示
而避免走900直角的原因最主要是因為：當電荷在金屬導線裡流動時，若 到導線的轉彎處，電荷將會較為集中在該彎角的尖端處，而產生尖端放 的物理現象，這對電路是有蠻嚴重的影響的，因此此點必須更加格外的 意。
▲走線與元件的連接：
因此在走線與走線
象的出現；但是走線與走線間若使用跨越的方式來作連接，此疊構的 方式就有如在該端點並聯了一個電容一樣，如圖3.27 所示，但此電容性在 實際電路上是不需要的，因此必須擇法去避免其所產生的影響，而改善此 效應最簡單的方法就是在疊接的部分進行縮線的動作，以減少該接面處所 造成的電容性。
M6
M5
縮線
▲走線的轉角：
走線在相互連接時不可能恆為一直線，一定會有彎屈或轉角之處，此 時希望該彎角處能夠走450角而盡量避免900的直角發生，如圖3.28 所示：
(a
意圖 的彎
遇 電 注
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