一种确定FET小信号等效电路的新方法

2024-02-25 18:04

本文主要是介绍一种确定FET小信号等效电路的新方法,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

来源:A New Method for Determining the FET Small-Signal Equivalent Circuit(88年 TMTT)

摘要 - 提出了一种确定FET(场效应晶体管)小信号等效电路的新方法。该方法包括在低频段直接测定器件的外在和内在小信号参数。这种方法快速且精确,所确定的等效电路能够很好地拟合S参数直至26.5 GHz的频率范围。
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文章的研究内容

这篇文章提出了一种新的方法来确定场效应晶体管(FET)的小信号等效电路。这种方法包括在低频带直接确定FET的外在和内在小信号参数。文章的主要研究内容和贡献可以总结如下:

  1. 新方法的提出:文章提出了一种快速且准确的新方法,用于直接测量FET的不同元件,这些元件在相对较低的频率下进行测量。这种方法克服了传统方法的一些缺点,如需要精确的宽带S参数测量、优化方法和起始值对结果的影响,以及等效电路的物理意义需要预先确定某些参数。

  2. 理论分析:文章详细描述了FET的小信号等效电路的理论基础,包括内在元件(如gm, gd, Cgs, Cgd等)和外在元件(如Lg, Rg, Cp, Ld, Rd等)的区分。文章还介绍了如何使用导纳(Y)参数来表征FET的电气特性,并提出了从实验数据中确定内在设备Y矩阵的步骤。

  3. 测量技术:文章提出了一种测量等效电路外在元件(如串联电阻和电感,寄生电容)的技术。这包括在零漏极偏置电压下进行S参数测量,以及在低于截止电压的栅极电压下测量寄生电容Cpg和Cpd。

  4. 实验结果:文章展示了使用新方法得到的FET小信号等效电路参数(如gms, gds, Cgs, Cgd, Cds, Rs, Rds等)随栅极电压变化的实验结果。这些结果与使用传统方法得到的S参数拟合结果相似,但计算时间更短。

  5. 宽带S参数的比较:为了验证新方法的有效性,文章比较了在1-26.5 GHz范围内测量的S参数与从等效电路计算得到的S参数。结果表明,新方法得到的等效电路能够很好地拟合实验数据,证明了该方法的有效性。

  6. 结论:文章总结了新方法的优点,包括直接确定所有FET寄生元件,快速且准确,只需要网络分析仪,适合于晶圆探测系统,并且能够直接获得与FET设计或工艺过程相关的大量数据。

文章的创新点

  1. 直接测量方法:提出了一种直接测量FET小信号等效电路元件的方法,这种方法在相对较低的频率下进行,与传统的在宽带频率范围内优化S参数的方法相比,更为直接和快速。

  2. 简化的测量过程:通过在特定的偏置条件下(零漏极偏置和低于截止电压的栅极偏置)进行测量,简化了测量过程。这种方法允许在不需要复杂优化过程的情况下,直接从实验数据中提取等效电路参数。

  3. 寄生电容的测量:文章提出了一种新的测量寄生电容Cpg和Cpd的方法,这在以往的研究中并不常见。通过在特定偏置条件下测量,可以更准确地确定这些电容值。

  4. 理论到实践的转化:文章不仅提出了理论分析,还详细描述了如何将理论应用于实际测量,包括如何从S参数转换到Z参数,再到Y参数,以及如何通过这些参数来确定等效电路的元件。

  5. 高频适用性验证:通过将低频测量得到的等效电路与高频(高达26.5 GHz)的S参数进行比较,验证了新方法的有效性。这表明,即使在低频下测量得到的等效电路,也能够很好地拟合高频下的设备性能。

  6. 适用于晶圆探测系统:文章指出,尽管这种方法最初是为了芯片设备在测试夹具中开发的,但它也非常适合晶圆探测系统。这意味着该方法可以用于更早期的制造过程,为FET的设计和工艺优化提供更直接的数据支持。

这些创新点使得文章提出的方法在FET小信号等效电路的确定方面具有显著的优势,尤其是在速度、准确性和适用性方面。

文章的研究方法

  1. 理论分析:首先,文章基于FET的小信号等效电路模型,分析了内在和外在元件的特性。这包括使用导纳(Y)参数来表征FET的电气特性,并提出了从Y参数中提取内在小信号元件的方法。

  2. 测量S参数:在特定的偏置条件下(零漏极偏置和低于截止电压的栅极偏置),使用网络分析仪测量FET的S参数。这些测量是在相对较低的频率下进行的,以确保理论模型的适用性。

  3. 转换参数:将测量得到的S参数转换为阻抗(Z)参数,然后通过减去串联元件(如电感Lg, Ld等)来得到等效的Z参数。接着,将Z参数转换为Y参数,并减去并联元件(如电容Cpg, Cpd等)的影响,最后再将Y参数转换为所需的矩阵形式。

  4. 确定等效电路元件:通过上述转换和减去已知的外在元件,可以确定FET的内在小信号参数。这包括使用简单的矩阵操作来计算gm, gd, Cgs, Cgd, Cds, Rs, Rds等参数。

  5. 验证方法的有效性:通过比较在1-26.5 GHz范围内测量的S参数与从等效电路计算得到的S参数,验证了新方法的有效性。这包括检查理论计算的S参数与实验测量结果之间的一致性。

  6. 实验结果分析:文章展示了在不同栅极电压下,FET小信号等效电路参数的变化,以及这些参数如何与栅极电压和漏极电压的关系。这些结果有助于理解FET在不同工作条件下的行为。

  7. 适用性讨论:文章讨论了新方法在晶圆探测系统中的应用潜力,以及如何通过这种方法获得与FET设计或工艺过程直接相关的大量数据。

这种方法的关键在于它能够在低频范围内快速准确地确定FET的小信号等效电路参数,而不需要进行复杂的宽带频率测量或大量的计算工作。

文章的结论

  1. 直接确定元件:新方法允许直接确定FET的所有寄生元件,包括Cpg和Cpd垫电容,这在传统的等效电路确定方法中是不常见的。

  2. 快速且准确:该方法快速且准确,只需要使用网络分析仪进行低频测量,无需进行复杂的宽带频率测量或大量的计算工作。

  3. 适合晶圆探测系统:新方法非常适合晶圆探测系统,这意味着它可以在早期制造过程中使用,为FET的设计和工艺优化提供直接的数据支持。

  4. 大量数据获取:该方法能够直接获得与FET设计或工艺过程相关的大量数据,这对于理解和改进FET的性能至关重要。

  5. 等效电路的高频适用性:通过比较低频测量得到的等效电路与高频(高达26.5 GHz)的S参数,验证了新方法的有效性。这表明,即使在低频下测量得到的等效电路,也能够很好地拟合高频下的设备性能。

  6. 设计和工艺优化:新方法为FET的电气特性提供了一种有效的电学表征手段,这对于FET的技术和设计优化非常有价值。

总的来说,文章提出的新方法为FET的小信号等效电路参数的确定提供了一种更为简便、快速且准确的途径,这对于微波电路设计和FET技术的发展具有重要意义。

这篇关于一种确定FET小信号等效电路的新方法的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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