集成电路版图设计基础第五章：匹配

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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
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AABBAABB pattern
ABBAABBA pattern
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Here the dummies are shorted transistors. Remember their parasitic contribution!?
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匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
• 另外一种情况就是当你需要这些器件高度匹配的时候, , 也可以在 四周都布满虚拟器件, 防止在四边的过度腐蚀, 以保证每个器件的 周围环境都一致。 其缺点就是这种方法会占用很大的面积,采用 时应多多考虑实际项目的需要。
• 之三：选择一个中间值作为根部件。
choose a middle value for a root component.
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匹配规则
• 之四：采用指状交叉方式。
interdigitate.
• 之五：用虚设器件包围起来。
• 之八：使每一样东西都对称。
keep everything in symmetry.
• 之九：使差分布线一致。
make differential logic identical.
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匹配规则
• 之 十：使器件宽度一致。
• 就CMOS晶体管而言，对其特性影响最大的参数是栅长和栅宽。 • 在工艺中采用的某些刻蚀方法常常在一个方向上刻蚀得快些。这 样发生在一个晶体管宽度上的刻蚀误差将出现在另一个晶体管的 长度上。 20X2 19.8X2.5 画版图时匹配 制造时不匹配 20X2 20.5X1.8
20 19.8 20 20.5
real resistors
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Βιβλιοθήκη Baidu20
匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
• Ending elements have different boundary conditions than the inner elements => use dummy
需要匹配的器件彼此靠近 注意周围器件 保持匹配器件方向一致
遵守这 3条基本原则, 就可以很好的实现匹配。
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匹配方法 之一：根器件方法 root device method
• 根部件，在这里指这样一个电阻，可以根据这一个电阻设计出所 有其他的电阻。 • 用最小的电阻作为根器件,这样的选择当然也可以实现我们需要的 匹配, 但同时我们却忽略了另外一个问题,那就是像 2 K Ω 这样 的电阻如果用 2 5 0 Ω 做根器件, 那么就需要 8个根器件串联起 来实现, 这就导致了这 8个电阻之间接触电阻也同时加大了,这是 我们不希望看到的。
surround yourself with dummies.
• 之六：四方交叉成对器件。
cross-guad your device pairs.
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匹配规则
• 之七：使布线上的寄生参数匹配。
match the parasitics on your wiring.
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匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
• 当这些电阻被刻蚀的时候,位于中间的器件所处的环境肯定与两边 的不同,位于两边的器件所受的腐蚀会比中间的器件多一些,这一 点点的区别也许会对匹配产生非常不可预知的结果。 • 为了使上述电阻在加工上面也保持一致,最简单的办法就是在两边 分别放臵一个 “虚拟电阻”(“dummy resistor ”),而实际上它 们在电路连线上没有与其它任何器件连接,它们只是提供了一些所 谓的“靠垫”, 以避免在两端过度刻蚀。这就是虚拟器件, 保证所 有器件刻蚀一致。 dummy etch
the real resistors, encased by dummy devices, are protected from over-etching on all four sides.
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匹配方法 之四：共心 common centroid
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
Axis of Symmetries:
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
Interdigitation Patterns:
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
• 通常在电路中有些大堆部件都必须与一个给定的器件匹配，这个 器件称为定义部件（图5-5，P104）。
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• analog transistors often have a large W/L ratio. • Interdigitization can be used in a multiple transistor circuit layout to distribute process gradients across the circuit. This improves matching. • two matched transistors with one node in common: ★ split them in an equal part of fingers (for example 4) ★ interdigitate the 8 elements: AABBAABB or ABBAABBA
• 之十三：掩模设计者不会心灵感应。
mask designer are not phychic.
• 之十四：注意临近的器件。
watch the neighbors.
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简单匹配 - matching single transistor
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匹配方法 之一：根器件方法 root device method
• 采用根部件的最好方法是找出一个中间值,例如用 1 K Ω 的电阻 作为值将电阻串联和并联起来。这种方法节省了接触电阻的总数 使其所占的比例减少, 面积也许会减少，因为电阻之间的间隙数 少了，现在占主导地位的是电阻器件本身的薄层电阻，而非接触 电阻。 • 利用根部件时, 如果所有的电阻尺寸一样, 形状一样, 方向一致而 且相互靠近, 那么就可以得到一个很好的匹配。
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
placement around a common central point
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匹配方法 之四：共心 – 四方交叉 cross quading
• 四方交叉法是将需要匹配的两个器件一分为二, 交叉放臵, 尤其适 用于两个 MOS器件。 • 采用四方交叉法可以进一步发挥共心的技术优势。 • 成对角线放臵的两半必须总是形成一个通过中心点的单个器件才 是真正的四方交叉，一个或者四个器件不能进行四方交叉。
• 把器件围绕一个公共的中心点放臵称为共心布臵，甚至把器件在 一条直线上对称放臵也可以看作共心技术。 • 现有的集成工艺中, 共心技术可以降低热梯度或工艺存在的线性 梯度。热梯度是由芯片上面的一个发热点产生的,它会引起其周围 的器件的电气特性发生变化。离发热点远的器件要比离发热点近 的器件影响要小。共心技术使热的梯度影响在器件之间的分布比 较均衡。
• regular (rectangular shape)
• parallel elements
• Possibly, the current flowing in the same direction.
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简单匹配 - asymmetry due to fabrication

匹配规则 简单匹配 匹配方法


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匹配规则
• 之一：把匹配器件相互靠近放臵。
place matched devices close to each other.
• 之二：使器件保持同一方向。
keep devices in the same orientation.
Cross-quading technique. Split devices in half and place cross-corner to each other. Only works for exactly two devices.
match device widths.
• 之十一：采用尺寸较大的器件。
go large.
• 之十二：总是与电路设计者交流。
always communicate with your circuit designer.
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匹配规则
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2 1.8
2 2.5
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匹配方法
• 当集成电路产业刚刚起步的时候,制造工业仍然相对落 后。即使你将两个需要匹配的器件放的很近, 我们也仍 然无法保证它们的一致性。 现在虽然制造工艺越来越 精确,但是匹配问题的研究从来就没有停止过, 相反地, 匹配问题显得日益突出和重要。 • 匹配分为横向匹配、 纵向匹配和中心匹配。实现匹配 有三个要点需要考虑:
• Also use dummy poly strips to minimize mismatch induced by etch undercutting during fab. And these widths of dummy gates can be shorter than the actual gates.
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
两组电阻指状交叉排列
将其指状交叉匹配 指状交叉部件的布线
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匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
• Interdigitize large aspect ratio devices to reduce source/drain depletion capacitance. Using an even number (n) of gate fingers can reduce Cdb, Csb to onehalf or (n+2)/2n depending on source/drain designation. • Typically it is preferred to reduce drain capacitance more so than source capacitance.