文章來源：SPICE 模型

原文作者：若明

本文介紹了射頻電路中Ft和Fmax的概念和建模方法。

Ft（電流增益截止頻率） 和 Fmax（最高振蕩頻率） 是兩個關鍵的頻率品質因數，用于衡量晶體管處理高頻信號的能力。今天我們來聊聊這兩個參數。

物理意義

Ft - 電流增益截止頻率

定義：電流增益截止頻率。指晶體管的小信號電流增益或下降到1（即 0 dB）時所對應的頻率。

物理意義：它表征了器件轉移電流的能力在頻率上的極限。當頻率達到 Ft 時，晶體管輸出的交流電流與輸入的交流電流幅度相等，不再有電流放大作用。

核心公式

關鍵點：

主要受器件本征參數（跨導和電容）影響。

只考慮電流增益，忽略了器件內部的寄生電阻（特別是柵電阻 Rg）和輸出導納的影響。

Ft > Fmax。一個器件在 Ft 頻率下雖然電流增益為1，但由于寄生損耗，可能無法產生有效的功率增益。

Fmax - 最高振蕩頻率

定義：功率增益截止頻率。指晶體管的最大可用功率增益下降到1（即 0 dB）時所對應的頻率。

物理意義：它表征了器件作為一個放大器能夠產生振蕩或有功率放大的最高頻率極限。當頻率達到 Fmax 時，器件無法向負載提供比輸入信號更大的功率，即沒有功率放大能力。這是電路（如振蕩器、放大器）實際工作的頻率上限。

測量/計算：通常通過測量最大穩定增益/最大可用增益隨頻率下降的曲線（-20 dB/十倍頻程）并外推至 0 dB 得到。

核心公式（簡化，基于單向化模型）：

其中：

fT：截止頻率。

Rg：柵極分布電阻（非常關鍵）。

Ri：輸入電阻的實部。

gds：輸出電導（1/rds，衡量輸出電阻，影響增益）。

Rs：源極電阻。

關鍵點：

除了 Ft 涉及的本征參數外，強烈依賴于寄生電阻，尤其是柵電阻 Rg 和輸出電阻 1/gds。

反映了功率增益，是電路設計的實際頻率上限。

為了獲得高的 Fmax，必須同時優化 Ft（提高 gm，減小 Cgs/Cgd）和減小寄生電阻（特別是 Rg）。

在先進工藝中，通過使用多指柵、T型柵等結構來最小化 Rg，是提升 Fmax 的關鍵。

通常 Ft < Fmax。對于設計良好的射頻晶體管，Fmax 通常比 Ft 高 1.5 到 2 倍甚至更多。如果 Rg 很大，Fmax 可能低于 Ft。

簡單來說：

Ft回答的問題是：“這個管子的電流放大能力能用到多高的頻率？”

Fmax回答的問題是：“用這個管子做放大器或振蕩器，最高能工作在什么頻率？”

如何從S參數計算得到

通過測量或仿真得到的S參數來提取Ft和Fmax，是射頻工程師的常規操作。

下面將以IC-CAP中如何計算加以說明：

當然，上面計算出的Ft, Fmax都是隨freq變化的所有偏置點下的。我們可通過給定目標頻率和偏執點，來繪制Ft_vg的Plot。

也可以用相同的方法來繪制Fmax_vg的Plot。