《模拟电路版图》PPT课件.ppt
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1、集成电路版图设计与验证,第六章 模拟电路版图,主要内容,概述寄生参数匹配噪声问题,6.1 概述,在模拟电路的版图设计中,设计规则不象数字电路一样重要,但是也可以使用。在高质量的数字电路中,其设计方法通常类似于模拟电路,即所谓的全定制设计方法。,数字技巧和模拟技巧的对比,一、规模不同二、主要目标不同数字电路的目标:优化芯片的尺寸和提高集成度模拟电路的目标:优化电路的性能、匹配程度、速度和各种功能方面的问题。在模拟电路版图设计中,性能比尺寸更重要。,数字技巧和模拟技巧的对比,三、团队工作方式不同在模拟集成电路的版图设计中,团队沟通更加重要,例如,需要从电路设计者了解电路需要的匹配、屏蔽、特定的器件
2、防止方向等信息。在整个的设计流程中,都要不断沟通,以保证所设计的版图不仅功能正确,且性能最优。,数字技巧和模拟技巧的对比,四、完成进度不同在数字电路设计中,芯片的绝大部分电路往往在开始版图工作时,就已经完成。而模拟电路则不同,电路设计和版图设计可能会同时进行。,数字技巧和模拟技巧的对比,五、创新要求不同与数字电路不同,模拟电路的版图设计重复性不多,创新很重要。六、约束条件不同在模拟电路中,版图设计几乎没有什么规则,最终的目标就是电路的性能。数字版图设计中的规则可以选择,也可以不选择。,数字技巧和模拟技巧的对比,七、对电路技术理解程度的要求不同模拟电路版图设计比数字电路版图设计更需要了解电路技术
3、。如:电压、电流及相互关系差分对需要匹配等,三个关键问题,一、问题1:这个电路是做什么用的电路的功能决定了下面的一些关键问题:绝缘匹配布局均衡覆盖保护方法I/O导线的位置器件分割平面布置,三个关键问题,二、问题2a:它需要多大的电流所影响的问题:器件的选择金属线尺寸的选择布置方案,三个关键问题,例如,最小导线宽度的确定:根据工艺手册(认识工艺规则)中查到的金属线的所能承受的最大电流,计算某个器件中所需要的最小线宽。,三个关键问题,三、问题2b:大电流路径和小电流路径在哪电路中的各个部分所需要的电流大小是不同的,因此导线宽度的要求也不同,要根据实际需要进行设计。四、问题3:有哪些匹配要求,双极性
4、模拟电路,其规则比CMOS版图设计要简单,主要是器件简单。对模拟版图设计者的期望:不要太相信电路设计者。,6.2寄生参数,三种主要的寄生参数:寄生电容寄生电阻寄生电感,寄生电容,各层金属线之间,以及金属线与衬底之间,都会产生寄生电容。对于高频电路,由于要求版图的电路速度高,电容就会变得越加重要。一、导线长度如果知道某些部分的布线寄生参数要小,实现方法之一就是让那一部分导线尽量短,以减少重叠。,寄生电容,寄生电容,二、选择金属层一般来说,最关心的寄生电容来自金属层与衬底之间,因此,一般的经验是选择远离衬底的金属层走线。但是这个经验也要与实际情况相结合来使用。还与工艺规则有关系,比如工艺规则所规定
5、的最小线宽,可能会使得高层金属的电容更大。例子,寄生电容,寄生电容,寄生电容,不能仅仅采用普遍适用的方法,也并不是简单地提倡让每一样东西都尽可能短和尽可能小,应该根据电路的功能和可用的工艺来进行选择。,寄生电容,三、金属叠着金属在数字电路中,有一些关键导线对噪声非常敏感,如果仅仅依赖工具自动布线,而不加干预,会产生很严重的后果。在布线时最好绕过电路模块,而不是仅仅简单的在它上面走线。应该让敏感的信号远离。因此再次说明了,版图设计人员在设计版图时,必须与电路设计人员进行足够的沟通。,寄生电容,寄生电容,寄生电容,寄生电阻,一、计算IR压降当根据电流计算出来所需要的导线宽度后,还有一项任务就是计算
6、导线的电阻。如果导线电阻过大,会导致过多的电压损失,在模拟电路中,会产生很严重的后果。降低电阻的方法:导线加宽。,寄生电阻,寄生电阻,二、布线方案针对某一种要求,会有不同的布线方案进行选择。P8889的一个例子。经验:如果一段导线的压降大于10mv,就应该与电路设计人员进行沟通。为了降低寄生电阻,可以选择较厚的金属,其方块电阻较小。,方块电阻,ohms per square,薄层电阻又称方块电阻,其定义为正方形的半导体薄层,在电流方向所呈现的电阻,单位为欧姆每方。简单来说,方块电阻(Sheet Resistance)就是指导电材料单位厚度单位面积上的电阻值。简称方阻,理想情况下它等于该材料的电
7、阻率除以厚度。方块电阻有一个特性,即任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的,不管边长是1m还是0.1m,它们的方阻都是一样,这样方阻仅与导电膜的厚度和电阻率有关。方块电阻计算公式:R=L/S,为物质的电阻率,单位为欧姆米(.m),L为长度,单位为米(m),S为截面积,单位为平方米(m2),长宽相等时,R=/h,h为薄膜厚度。材料的方阻越大,器件的本征电阻越大,从而损耗越大。,寄生电阻,寄生电阻,寄生电阻,寄生电阻,寄生电阻,并联布线:将上下层金属线重叠起来,形成叠层结构,实际上是几层金属线的并联,相当于加宽了导线。,寄生电阻,寄生电感,在高频电路中,寄生电感不可忽略。利用寄生参数不能依赖寄生参
8、数作为电路的一个成分,因为无法很好的控制它们,通常的误差可以是正负50%。但是在不关心电路参数的大小,例如只想要一个大电容,可以利用寄生参数来满足。,器件的寄生参数,一、CMOS晶体管由阱至衬底的电容由栅极至阱的电容这些寄生参数会使得电路的工作速度变慢。,器件的寄生参数,器件的寄生参数,一种技术:减少多晶硅的串联电阻。可以通过将多晶硅分成多个“指形”的结构,然后用导线将它们并联起来以降低电阻。通过分成多个器件以及源漏共享可以大大减小CMOS晶体管上的寄生参数。,器件的寄生参数,二、双极型晶体管没有太好的办法减小参数,因为寄生电容与器件的尺寸关系固定,只能依靠模拟对它们的作用进行掌握。两个该晶体
9、管不能靠的太近,会引起一个大的电阻。,器件的寄生参数,器件的寄生参数,三、全定制方案采用某些全定制技术可以将器件做的很小。通常的做法式把几个较小的器件组合成一个较大的器件,一般都在一个公共的N阱中,可以使得N阱的总面积较小,从而缩小了至衬底的电容。,6.3匹配,什么叫做匹配?平衡我们希望无论是cd播放器还是其它音响,它们相搭档的器件反应完全一样。也就是说,其中一个放大器的频率和幅值能完全符合并跟踪另一个运放的频率和幅值响应,达到这一目标的方法之一就是匹配。实现匹配过程中,版图设计是一个非常重要的环节。一个优秀的版图可以大大提升一个设计。,版图的重要性,匹配与版图的关系相当密切,对电路的成败至关
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