CMOS器件模型(2)ppt课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
选ppt课件2021
17
分布参数元件
集总元件和分布元件 随着工作频率的增加，一些诸如互连线的IC
元件的尺寸变得很大，以致它们可以与传输 信号的波长相比。这时，集总元件模型就不 能有效地描述那些大尺寸元件的性能，应该 定义为分布元件。
精选ppt课件2021
18
微带线
(a)
a，w 取微米单位
精选ppt课件2021
14
多匝螺旋形线圈电感值计算公式为：
L[pH ] (rori)2N2 25 .4(60 ro28 ri)
式中：ri=螺旋的内半径，微米， r0=螺旋的外半径，微米， N=匝数。
精选ppt课件2021
15
电感
电感精度：电感模型
精选ppt课件2021
16
传输线电感
reff w 4h
ZL reffw h2.41202.404w h1w h6w/h>1
微带线的衰减α由两部分组成：导线损耗和介质损 耗
形成微带线的基本条件是，介质衬底的背面应该完 全被低欧姆金属覆盖并接地，从而使行波的电场主
要集中在微带线下面的精介选p质pt课中件20。21
21
共面波导(CPW)
结构；
精选ppt课件2021
11
(a)叉指结构电容和(b)MIM 结构电容
精选ppt课件2021
12
电容
平板电容公式 高频等效模型 自谐振频率 f0
品质因数 Q
C r0lw
d
1
f0 2 LC
f < f0 / 3
精选ppt课件2021
13
电感
集总电感
单匝线圈版图
L 1 .2a [6l8 n a /w () 2 （ ]p） H
(a)
(b)
常规共面波导(a)与双线共面波导(b)
精选ppt课件2021
22
CPW传输TEM波的条件
d0/(40r1/2)
CPW的阻抗计算
ZL 12ref0f ln2 wd
w 0.17 d
ZL
302 reff
ln211
w w//dd
w d
0.17
由ZL计算CPW的宽度W: 对应于厚衬底 / 薄衬底有效介电常数有变化
Ron VGSV I 2ntooxxW L(VV VTN )2 直流电阻 Ron>交流电阻 rds
r d s V ID DV G S S V S V ID GV G S S V S g 1 m t n o o x x W L ( V 1 V T)N
精选ppt课件2021
7
VGS保持不变的饱和区有源电阻
获得单端口电感的另一种方法是使用长度l<l/4λ 波长的短电传输线(微带或共面波导)或使用长度 在l/4λ< l<l/2λ范围内的开路传输线。
L 2Z 0 tal'n 2h Z 0 ta l' n Z 0 2l'/c 0 l'/ 4
短路负载：
Z(l)jZ0t g l
开路负载： zjz0ctgl
精选ppt课件2021
5
(a)单线和U-型电阻结构 (b)它们的等效电路
精选ppt课件2021
• 阻值计算 • 最小宽度
6
栅、漏短接并工作在饱和区的MOS有源电阻
IDS I
I
VGS V VTP
DI
O
S
+
G+
V G-
V-
O
I
S
D
VTN V VGS
IDS
(a)
(b)
栅漏短接的MOS有源电阻及其I-V曲线
精选ppt课件2021
3
互连线
互连线设计应该注意以下方面： 大多数连线应该尽量短 最小宽度 保留足够的电流裕量 多层金属 趋肤效应和寄生参数（微波和毫米波） 寄生效应
精选ppt课件2021
4
电阻
实现电阻有三种方式： 1.晶体管结构中不同材料层的片式电阻（不准确） 2.专门加工制造的高质量高精度电阻 3.互连线的传导电阻
(b)
典型微带线的剖面图(a)和覆盖钝化膜的微带线(b)
精选ppt课件2021
19
TEM波传输线的条件
w,h0/(40r1/2)
GaAs衬底的厚度<200um
精选ppt课件2021
20
微带线
微带线设计需要的电参数主要是阻抗、衰减、无载 Q、波长、迟延常数。
阻抗计算
ZL
60 ln8h w w/h<1
IDS I
Ron
o
rds
VGS >VTN
条件：VGS保持不变
o
V
VDS
饱和区的NMOS有源电阻示意图
直流电阻 Ron<交流电阻 rds
精选ppt课件2021
8
对于理想情况，Oˊ点的交流电阻应为无穷大，实际上因为 沟道长度调制效应，交流电阻为一个有限值，但远大于在该 工作点上的直流电阻。在这个工作区域，当漏源电压变化时， 只要器件仍工作在饱和区，它所表现出来的交流电阻几乎不 变，直流电阻则将随着漏源电压变大而变大。
精选ppt课件2021
9
总结： 有源电阻的几种形式
D VB
S (a)
D
S (b)
D
S
VB
S
D
(c)
(d)
S
D (e)
( a ) ( d ) 和 ( c ) 直流电阻 Ron<交流电阻 rds ( b )和( e ) 直流电阻 Ron>交流电阻 rds
精选ppt课件2021
10
电容
在高速集成电路中，有多种实现电容的方法： 1）利用二极管和三极管的结电容； 2）利用叉指金属结构； 3）利用金属-绝缘体-金属(MIM)结构； 4）利用类似于MTM的多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅
CMOS器件模型及Hspice介绍
西安电子科技大学 朱樟明
精选ppt课件2021
1
CMOS器件模型
一、无源器件结构介绍 二、简单的MOS大信号模型 三、MOS小信号模型 四、Spice Level 3 Model 五、HSpice仿真介绍
精选ppt课件2021
2
一、无源器件结构及模型
集成电路中的无源元件包括: 互连线、电阻、电容、电感、传输线等
CPW的衰减计算
精选ppt课件2021
23
CPW的优缺点
相对于微带线，CPW的优点是：
1）工艺简单，费用低，因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。
2）在相邻的CPW之间有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯 片尺寸。
3）比金属孔有更低的接地电感。
4）低的阻抗和速度色散。
CPW的缺点是：
1）衰减相对高一些，在50GHz时，CPW的衰减是0.5dB/mm;
2）由于厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器的实现。
精选ppt课件2021
24
二、简单的MOS大信号模型（Spice Level 1）
大信号模型是非线性模型； 最简单的模型，主要 用于手工计算； 表征器件电压（VGS等）与器件电流直流值的关系 Level 1模型，由Sah建议，Shichman和Hodges使用，主要
17
分布参数元件
集总元件和分布元件 随着工作频率的增加，一些诸如互连线的IC
元件的尺寸变得很大，以致它们可以与传输 信号的波长相比。这时，集总元件模型就不 能有效地描述那些大尺寸元件的性能，应该 定义为分布元件。
精选ppt课件2021
18
微带线
(a)
a，w 取微米单位
精选ppt课件2021
14
多匝螺旋形线圈电感值计算公式为：
L[pH ] (rori)2N2 25 .4(60 ro28 ri)
式中：ri=螺旋的内半径，微米， r0=螺旋的外半径，微米， N=匝数。
精选ppt课件2021
15
电感
电感精度：电感模型
精选ppt课件2021
16
传输线电感
reff w 4h
ZL reffw h2.41202.404w h1w h6w/h>1
微带线的衰减α由两部分组成：导线损耗和介质损 耗
形成微带线的基本条件是，介质衬底的背面应该完 全被低欧姆金属覆盖并接地，从而使行波的电场主
要集中在微带线下面的精介选p质pt课中件20。21
21
共面波导(CPW)
结构；
精选ppt课件2021
11
(a)叉指结构电容和(b)MIM 结构电容
精选ppt课件2021
12
电容
平板电容公式 高频等效模型 自谐振频率 f0
品质因数 Q
C r0lw
d
1
f0 2 LC
f < f0 / 3
精选ppt课件2021
13
电感
集总电感
单匝线圈版图
L 1 .2a [6l8 n a /w () 2 （ ]p） H
(a)
(b)
常规共面波导(a)与双线共面波导(b)
精选ppt课件2021
22
CPW传输TEM波的条件
d0/(40r1/2)
CPW的阻抗计算
ZL 12ref0f ln2 wd
w 0.17 d
ZL
302 reff
ln211
w w//dd
w d
0.17
由ZL计算CPW的宽度W: 对应于厚衬底 / 薄衬底有效介电常数有变化
Ron VGSV I 2ntooxxW L(VV VTN )2 直流电阻 Ron>交流电阻 rds
r d s V ID DV G S S V S V ID GV G S S V S g 1 m t n o o x x W L ( V 1 V T)N
精选ppt课件2021
7
VGS保持不变的饱和区有源电阻
获得单端口电感的另一种方法是使用长度l<l/4λ 波长的短电传输线(微带或共面波导)或使用长度 在l/4λ< l<l/2λ范围内的开路传输线。
L 2Z 0 tal'n 2h Z 0 ta l' n Z 0 2l'/c 0 l'/ 4
短路负载：
Z(l)jZ0t g l
开路负载： zjz0ctgl
精选ppt课件2021
5
(a)单线和U-型电阻结构 (b)它们的等效电路
精选ppt课件2021
• 阻值计算 • 最小宽度
6
栅、漏短接并工作在饱和区的MOS有源电阻
IDS I
I
VGS V VTP
DI
O
S
+
G+
V G-
V-
O
I
S
D
VTN V VGS
IDS
(a)
(b)
栅漏短接的MOS有源电阻及其I-V曲线
精选ppt课件2021
3
互连线
互连线设计应该注意以下方面： 大多数连线应该尽量短 最小宽度 保留足够的电流裕量 多层金属 趋肤效应和寄生参数（微波和毫米波） 寄生效应
精选ppt课件2021
4
电阻
实现电阻有三种方式： 1.晶体管结构中不同材料层的片式电阻（不准确） 2.专门加工制造的高质量高精度电阻 3.互连线的传导电阻
(b)
典型微带线的剖面图(a)和覆盖钝化膜的微带线(b)
精选ppt课件2021
19
TEM波传输线的条件
w,h0/(40r1/2)
GaAs衬底的厚度<200um
精选ppt课件2021
20
微带线
微带线设计需要的电参数主要是阻抗、衰减、无载 Q、波长、迟延常数。
阻抗计算
ZL
60 ln8h w w/h<1
IDS I
Ron
o
rds
VGS >VTN
条件：VGS保持不变
o
V
VDS
饱和区的NMOS有源电阻示意图
直流电阻 Ron<交流电阻 rds
精选ppt课件2021
8
对于理想情况，Oˊ点的交流电阻应为无穷大，实际上因为 沟道长度调制效应，交流电阻为一个有限值，但远大于在该 工作点上的直流电阻。在这个工作区域，当漏源电压变化时， 只要器件仍工作在饱和区，它所表现出来的交流电阻几乎不 变，直流电阻则将随着漏源电压变大而变大。
精选ppt课件2021
9
总结： 有源电阻的几种形式
D VB
S (a)
D
S (b)
D
S
VB
S
D
(c)
(d)
S
D (e)
( a ) ( d ) 和 ( c ) 直流电阻 Ron<交流电阻 rds ( b )和( e ) 直流电阻 Ron>交流电阻 rds
精选ppt课件2021
10
电容
在高速集成电路中，有多种实现电容的方法： 1）利用二极管和三极管的结电容； 2）利用叉指金属结构； 3）利用金属-绝缘体-金属(MIM)结构； 4）利用类似于MTM的多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅
CMOS器件模型及Hspice介绍
西安电子科技大学 朱樟明
精选ppt课件2021
1
CMOS器件模型
一、无源器件结构介绍 二、简单的MOS大信号模型 三、MOS小信号模型 四、Spice Level 3 Model 五、HSpice仿真介绍
精选ppt课件2021
2
一、无源器件结构及模型
集成电路中的无源元件包括: 互连线、电阻、电容、电感、传输线等
CPW的衰减计算
精选ppt课件2021
23
CPW的优缺点
相对于微带线，CPW的优点是：
1）工艺简单，费用低，因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。
2）在相邻的CPW之间有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯 片尺寸。
3）比金属孔有更低的接地电感。
4）低的阻抗和速度色散。
CPW的缺点是：
1）衰减相对高一些，在50GHz时，CPW的衰减是0.5dB/mm;
2）由于厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器的实现。
精选ppt课件2021
24
二、简单的MOS大信号模型（Spice Level 1）
大信号模型是非线性模型； 最简单的模型，主要 用于手工计算； 表征器件电压（VGS等）与器件电流直流值的关系 Level 1模型，由Sah建议，Shichman和Hodges使用，主要