模拟集成电路版图基础

Module 3 模拟集成电路版图基础
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Lab3-1 CMOS 无源器件结构与版图 • 知识单元： • 1、电阻 • 2、电容 • 3、电阻和电容画法实例
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一、电阻：1、方块电阻
• 方块电阻测量方法： – 用poly 来做一个电阻，先做一个正方形，长，宽相等。通过在其两端加 电压，测量电流的方法，可以得到它的阻值。
• 电阻并联： – 会达到什么结果呢？200ohms。把四个200ohms 的方块组合成一 个更大的方块，可以同样得到200ohms 的电阻值。可以把这个方 块越做越大，但最终测得电阻值将始终为200ohms。
• 对于不同大小的方块来说，阻值是一样的。由此可以用每方块多少电 阻来讨论电阻大小（200ohms/squares）。只考虑方块数，所有相同 材料的方块有相同的电阻值。
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3．其他类型电阻
• N+电阻：
– 无需增添任何新的掩模版或层，只是用原先已有的其 他层来替代poly，就可以获得很多种电阻类型。
• P+电阻：
– 一般来说是做在nwell 中，因此必须增加第三个的端点 连接nwell，而且必须连接到最正的电平，一般来说是 vdd。这样可以防止寄生PN 结的影响。
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扩散电阻与Poly电阻对比
• 使用工艺中已有的层来做电阻，做一些较小的修 改就可以得到所需要的方块电阻。扩散电阻和 Poly 电阻的一样，也要考虑delta 效应的影响。 扩散电阻是做在衬底上的，因此在边缘变化比较 大，工艺上不那么好控制。而且在做的时候必须 注意第三个端点的连接。
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直接nwell电阻
• 直接nwell电阻： – 只不过需要2 个N+作为电阻头。 – 对于较大的阻值的电阻可用nwell 来做。 – Nwell 掺杂低，经过光照，电阻值会降低，呈现不稳定 的现象。 • 处理方法：在nwell 上覆盖金属，并将其电位接到电 源电压上，若无法接到电源电压时，可将其接到电 阻两端较高电位端。 • 在nwell 电阻四周加电源电压，以降低电压系数。当 well 电阻要接到pad，则必须于外围环绕pseudo collector，电位接到地，以防止其对其他的电路造 成latch-up。
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金属电容
• 为了保证上部平行板和下部平行板没有短接，几乎所有的IC 工 艺都有一个非常厚的金属介质层。
• 由于增加了厚度，等式中的电容常数将会有点不同。除此之外， 金属电容和扩散电容的公式完全一样，尽管有非常厚的电介质。 因为金属之间通常保持的非常远，为了得到和扩散电容一样的 电容值，金属电容面积必须非常大。
金属电容
• 扩散电容缺点：
– 传递噪声：扩散电容在PN 结上会有一个寄生电容。任 何输入到扩散电容底部平行板上的信号将会自动耦合 到衬底上。在电路设计中有些情况，需要一个电容器 阻断直流信号，但是允许交流信号传输到下个电路块。
• 金属电容
– 大多数信号电容会由金属制成。这可以消除PN 结，可 以消除寄生二极管带来的电容。电容依赖性也将得到 消除。
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Poly 电阻：基本poly 电阻版图
• poly 电阻表现形式： – 它的电阻可以从材料的宽度和2 个引线孔之间的距离来计算得到，这一部 分电阻称为体电阻，右图。
• 电阻制作原则： – 实际上，电阻大小不确定性非常高，因此最终做出来的电阻大小不可能 是完全和CAD软件中所设计的大小一样，这里引入一个delta 的概念，称 为偏差补偿。在实际使用中，应该把电阻的宽度尽量做大，长度做长， 这样delta 的影响就会很小。 – 一般来说，长度取不小于10um，宽度取不小于5um。这些措施可以获得 更好的精度和匹配。如果要获得更高的精度，可以把电阻作得更宽更长， 因为delta 值是不变的，相应的它们的影响就变小了。
• 金属-金属电容比扩散电容占用更大的面积。 • 多层金属：多层金属可以制作所谓的层叠电容。多层金属像一
电荷存储在电介质上。 – 电容的值的决定因素：
• 绝缘体的厚度、 • 绝缘体的质量（用电介质常数来量度）、 • 两个薄片互相覆盖的面积来决定。
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Ｎ阱电容
• 在场效应管的栅极和衬底之间，存在寄生电容。 称之为恶性寄生。但是，如果正好需要电容，这 个寄生是需要的。
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蛇形电阻 • 蛇形电阻的体电阻的计算：
– 有一些新的规定，每一个拐角计半个方块，因 为电流流过拐角的时候它的实际通路如下图 （图1-9、1-10）所示。
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低阻值高精度电阻的原则
• 如果想要得到一个阻值极低的电阻，而精度要求 很高，可以选择用金属来做。大的面积将有助于 减少delta 的影响，从而保证精度。
• Poly 电阻是由淀积在衬底表面上的多晶硅构成， 其寄生电容最小且厚度精确，且长宽等都可以得 到很好的控制。因此在可能的条件下，尽量选择 poly 电阻。
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各种电阻的典型值
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二、电容：电容基本原理来自• 电容:– 是一个有能力存储一定量电荷（一定数量的电子）的器件。 – 电容存储电荷的能力称为容性。 – 它的测量单位是法拉。 – 电容是由一个称为电介质的绝缘材料分隔两个导电薄片构成的。
• 电阻连接： – 假设最后所得结果是200ohms。接下来把这2 块用金属线连在一起，那么 可以得到400ohms 加上连线阻值的测量结果。所有材料都有阻值，金属 也不例外，因此电阻的和会比400ohms 大一些。
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方块电阻
• 直接连接： – 如果把这2 块直接连在一起，那么可以测量得到阻值正好是 400ohms。
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II、电阻的其他选项
• 高阻值低精度：
– 在有些设计中，可能会需要很大的电阻值，如果对它 的精度并不是很介意，允许有15%左右的变化。那么 也可以把电阻的宽度做到比引线孔的宽度还要小，这 种电阻的形状非常象狗骨头。在高阻值，精度没有特 殊要求的情况下，可以使用这种结构。
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