模拟电路版图

❖ 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。
6.1.1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
6.1.1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。 ❖ 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。
6.1.1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
6.2.4器件的寄生参数
6.2.4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
6.2.2寄生电阻
6.2.2寄生电阻
6.2.2寄生电阻
6.2.2寄生电阻
6.2.2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。
6.2.2寄生电阻
6.2.3寄生电感
❖ 在高频电路中，寄生电感不可忽略。
❖ 利用寄生参数 ❖ 不能依赖寄生参数作为电路的一个成分，因
6.2.2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。P88~89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=ρL/S ，ρ为物 质的电阻率，单位为欧姆米(Ω. 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=ρ/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。
集成电路版图设计与验证
第六章 模拟电路版图
❖ 概述 ❖ 寄生参数 ❖ 匹配 ❖ 噪声问题
主要内容
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。
6.1.1数字技巧和模拟技巧的对比
❖ 把根部件围起来，使它处于中间，是解决上 述匹配问题的一个非常好的解决方法，也称 为简单匹配，或者指状交叉匹配。
❖ 匹配规则之七：采用指状交叉方式
6.3.5指状交叉器件
6.3.5指状交叉器件
❖ 例子：如图5.6的两串电阻需要匹配，解决方 案是图5.7，注意其排列方式A1，B3，A2， B2，A3，B1。
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。
6.3.1版图的重要性
❖ 匹配与版图的关系相当密切，对电路的成败 至关重要。
❖ 指状交叉部件的布线方式可以采用蛇形线， 如图5.8.
❖ 这种交叉排列技术不仅适用于电阻，也适用 于其他任何器件。
6.3.5指状交叉器件
6.3.5指状交叉器件
6.3.5指状交叉器件
6.3.6虚设器件
❖ 在图5.8中，边上的期间A1和B1的外边不再 有器件，这也会造成不一致，因为在进行刻 蚀时，边上的器件会被刻蚀的重一些，从而 使它们比中间的器件要窄。如图5.9。
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。
6.2.4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。
6.2.4器件的寄生参数
6.2.4器件的寄生参数
❖ 匹配规则之三：保持器件的方向一致。
6.3.3简单匹配
6.3.3简单匹配
❖ 当把所有的器件都保持同一方向时，可能由 于器件尺寸的原因，使版图很难实现，此时 就应该与电路设计人员交流，找出最不重要 的器件，将其转向或做其他的处理。
6.3.3简单匹配
❖ 匹配规则之四：与电路设计者交流
❖ 匹配规则之五：掩膜设计者不会心灵感应。 电路设计者应该清楚他们需要哪些匹配，并 让版图设计者知道这一点。
❖ 良好的习惯可以免除某些费力的匹配工作。 将版图设计规则形成一种习惯。
6.3.2交流的重要性
❖ 要了解电路设计者的意图，知道在什么时候 应当在版图中运用匹配技术。
6.3.3简单匹配
❖ 匹配规则之二：注意周围器件。（如周围器 件的发热等）
❖ 由于不同方向上制造工艺的误差，在屏幕上 看似相同的图形可能会有不同的实际尺寸。
要了解电路技术。 ❖ 如：电压、电流及相互关系 ❖ 差分对需要匹配等
6.1.2三个关键问题
❖ 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
6.1.2三个关键问题
❖ 图5.12和图5.13：共心布置的一些例子
6.3.7共心
❖ 一、四方交叉 ❖ 把一个器件分为两半，然后把他们成对角线
放置。这种特殊的工薪技术称为四方交叉。 ❖ 如电路图5.14中的两个晶体管需要高度匹配，
可以讲它们采用四方交叉技术，设计成如图 5.15所示的模式。
6.3.7共心
6.3.7共心
6.2.1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。
6.2.1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。
❖ 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。
6.2.4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。 ❖ 两个该晶体管不能靠的太近，会引起一个大 的电阻。
6.3.7共心
6.3.7共心
❖ 匹配规则之十：使布线上的寄生参数匹配 ❖ 对称性是器件匹配中要考虑的问题。尤其在
高频电路版图中，如果希望使寄生参数匹配， 就必须在一条对称轴的两边布置功能块。 ❖ 如图5.18和图5.19 ❖ 匹配规则之十一：使每一样东西都对称
6.3.4根器件方法
❖ 例如电阻 ❖ 在这里，根部件指的是这样一个电阻，可以
根据这个电阻设计出所有其他的电阻。这样 在工艺过程中，所有电阻的工艺差别将会保 持一致。
6.3.4根器件方法
6.3.4根器件方法
❖ 例如图5.2，通常许多人会选择一个最小的电 阻作为根部件，形成图5.3所示的情况。
❖ 另外一种做法是采用一个中间值作为根部件， 其他的电阻由串联和并联实现，如图5.4。
6.3.7共心
❖ 匹配规则之九：将成对器件四方交叉 ❖ 当需要匹配时，需要记住，要让每一样东西
看起来都完全一样，可能会有一些不必要的 重叠，如图5.16
6.3.7共心
6.3.7共心
❖ 经济性四方交叉，或称为A-B-B-A线性形式。 如图5.17，其中也有一些不必要的重叠，是 为了使布线上的寄生参数相匹配。
❖ 匹配规则之一：把需要匹配的器件相互靠近 放置。避免由于周围器件环境的不同而导致 匹配器件的工作差异。
6.3.1版图的重要性
❖ 不重复性：两个完全相同的CAD版图在被生 产出来后，它们的作用和工作可能会差别很 大。
❖ 虽然版图上的每一样东西看上去都一样，但 是由于某些原因，就是无法在两个器件中重 复同样的性质。
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。
6.1.1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。
❖ 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
6.1.2三个关键问题