数模混合电路设计1

T

R R TC ∂∂≡

1

依赖于迁移率、阈值电压、栅氧化层电容，因而精度差

依赖于源漏电压，因而有较强的非线性特征

用于非关键路径或具有自动调整的电路（负反馈环）

方块数的计算方法

()1

−⎥

⎦

⎤

⎢⎣⎡−−≈DS th GS ox ds V V V L W C r μ0.56

0.5

14+0.56*4+0.5*2=17.24

高频时应当考虑趋肤效应

孤立导体

低频高频

导体

地

低频高频

趋肤深度：电流密度降低到表面电流密度的1/e 时的厚度

1

/f δπμρ

=

dc l

R wt

ρ=

2()

hf l

R w t ρδ=

+22ac dc

hf

R R R

κ=+ 1.44

κ≈

任何两个连线层都可以用作平板电容，

层间绝缘介质较厚，0.5~1.0微米, 5e -5 pF/um 2

有的工艺有专门的电容工序(绝缘介质薄)

底层极板与别的连线层、特别是衬底间的寄生电容通常不可忽略，约占10－30％

用于非关键路径或具有自动调整的电路（负反馈环）

d

衬底W

L

)

22()

2)(2(d

WL

L W d L d W d

C ++≈++≈

εε

电容

三明治结构

同层导体

n

F j j V C C )

/1(0φ−≈

n ＝1/3,缓变结n =1/2，

突变结

φ

φTC V n TC n TC F Si ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡−−−≈/11

)1(TC ～200ppm/°C 较大的反偏电压TC ～100ppm/°C 零电压偏置

1－5fF/um 2

含寄生电阻

确保Vgs>>阈电压，保证工作在强反型，否则损耗大电容值很小，而且非线性严重

R ds

R ds /2

R ds /2

4

R ds

特别注意: 极性

Vin Vout

VAGCcntl

C

gate drain source

N＋N＋

pWell

考虑沟道中电荷层的厚度(capMod=3),相当于对栅氧化层电容串联了一个电容.

,ox cen ox eff

ox cen

C C C C C =

+Si

cen

DC

C X ε=积累/耗尽工作区

0.25

161exp [cm]

3210gs bs fb sub DC

debye cde ox V V V N X L a T −⎡⎤

−−⎛⎞

=⎢⎥⎜⎟×⎝⎠⎢⎥⎣

⎦

反型工作区

()1

0.7,7421.9101 [cm]2gst eff th fb B DC

ox

V

V v X T −−⎡⎤⎛⎞+−−Φ⎢⎥⎜⎟=×+⎢⎥⎜⎟⎝

⎠⎢⎥⎣⎦

简单情形（地/ 单一导体）

T

W

H

⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣

⎡⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠

⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜⎝⎛++==5

.025

.006.177.0H T H W H W C εN.P. van der Meijs and J.T. Fokkema ,“VLSI circuit reconstruction from

mask topology ”, Integration, Vol.2, no.2,1984:85-119E. Barke , “Line -to -Ground Capacitor Calculation for VLSI:

A Comparison,”IEEE Trans, Vol.CAD -7, no.2, Feb, 1988:295-298.

三明治情形

T

W

H 1

H 2

n

n n x

x x x f /12

1212

)(⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=+加权平均

N.P. van der Meijs and J.T. Fokkema

取n ＝4，得：

⎪⎭

⎪

⎬⎫⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣

⎡⎟

⎟⎠⎞

⎜⎜⎝⎛++⎟⎟⎠⎞

⎜⎜⎝⎛++⎩⎨⎧+⎟

⎟⎠⎞

⎜⎜⎝⎛+==25

.02222

5

.025

.021*********.077.011H H T

H H W H H W C ε

同层多导体情形

T

W

H 1

S

34

.1222

.0222

.007.083.003.08.215.12−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−+=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟

⎠⎞⎜⎝⎛+=+=H S H T H T H W C H T H W C C C C mutual

Single mutual Single total εε