版图设计的艺术

3.衬底可靠电位的连接：
a.尽量把衬底与电源的接触穿孔（substrate contact）的位置和该位置的管 子的衬底注入极（substrate injector）的距离缩小，距离越近越好，因为这种 距离的大小对衬底电位偏差影响非常大。
b.把衬底接触孔的数量增多，尽量多打孔，保证衬底与电源的接触电阻较小。
2.容易发生latchup的地方：任何不与power supply、substrate相连的引脚都可能。 所以精度要求高时，要查看是否有引脚引线既不连power supply，也不连 substrate，凡是和这样的引线相连的源区、漏区都要接保护环。
3.保护环要起到有效的作用就应该使保护环宽度较宽、电阻较低，而且用深扩散 材料。
三.layout的金属线尤其是电源线、地线
1.根据电路在最坏情况下的电流值来决定金属线的宽度以及接触孔的排列方式和
数目，以避免电迁移。
电迁移效应：所谓电迁移效应是指当传输电流过大时，电子碰撞金属原 子，导致原子移位而使金属断线。
在接触孔周围，电流比较集中，电迁移效应更加容易发生。 2. 避免天线效应
a.模块的放置应该与信号的流向一致 ，每个模块一定按照确定好的引脚位置 引出自己的连线
b.保证主信号信道简单通畅，连线尽量短、少拐弯、等长 c.不同模块的电源、地分开，以防干扰 ，电源线的寄生电阻尽可能减小，避
免各模块的电源电压不一致。 d.尽可能把电容、电阻和大管子放在侧旁，利于提高电路的抗干扰能力。
六.管子的匹配精度
1. 电流成比例关系的MOS管，应使电流方向一致，版图中晶体管尽量同向，开关 管可以忽略。
2. 配置dummy器件，使版图周边条件一致，结构更加对称。下图是dummy电容的使 用。dummy器件的配置：为了使得器件B周边的电特性比较一致，会在版图中加 入dummy cell（如图4中右边的电容），尽管它在电路中是多余的。
Art of Layout
主要工作注意事项
一.画之前的准备工作 二.与circuit designer沟通 三.layout的金属线尤其是电源线、地线 四.保护环 五.衬底噪声 六.管子的匹配精度 七.一般性注意事项 八.有待解决的问题
一.Layout之前的准备工作
1.先估算芯片面积： 先分别计算各个电路模块的面积，然后再加上模块之
4. N管的周围应该加吸收少子电子的N型保护环（ntap），ntap环接vdd；P管的 周围应该加吸收少子空穴的P型保护环（ptap），ptap环接gnd。双环对少子 的吸收效果比单环好。下图是一个N管保护环的例子。
nmos管
N阱
ptap保 护 环， 提供 衬 底 电 位 ntap保 护 环
五 .衬底噪声(substrate noise)
1.衬底噪声产生原因：源、漏-衬底pn结正偏导通，或者电源连线接点引入的串 绕，使得衬底电位会产生抖动偏差，这称为衬底噪声。
2.解决方法： a.对于轻掺杂的衬底，要用保护环把敏感部分电路包围起来 b.把gnd和衬底在片内连在一起，然后由一条线连到片外的全局地线,使得 gnd和衬底的跳动一致，也可以消除衬底噪声 。 c.场屏蔽作用：每个block外围一层金属（ptap），使每单元模块同电势， 而且模块之间不相互影响。
二.与circuit designer沟通
1.目的：搞清楚电路的结构和工作原理 ，明确电路设计中对版图有特殊要求 的地方（可能出现问题的地方）。
2.包含内容： a.确保金属线的宽度和引线孔的数目能够满足要求（各通路的电流在典型 情况和最坏情况的大小），尤其是电源线和地线的宽度。 b.差分对管、有源负载、电流镜、电容阵列、电阻阵列等要求匹配良好的 子模块 c.电路中MOS管、电阻、电容对精度的要求 d.易受干扰的电压传输线 、高频信号传输线
相等 。
.信号连线对称的图例wenku.baidu.com
关于寄生电容
a.避免时钟线与信号线的重叠 b.两条信号线应该避免长距离平行，信号线之间交叉对彼此的影响比二者平行
要小； c.输入信号线和输出信号线应该避免交叉； d.对于易受干扰的信号线，在两侧加地线保护； e.模拟电路的数字部分，需要严格隔离开。
四.保护环
1.避免闩锁效应：最常见的Latchup诱因是电源、地的瞬态脉冲，这种瞬态脉冲可 能的产生原因是瞬时电源中断等，它可能会使引脚电位高于vdd或低于vss，容 易发生latchup。因此对于电路中有连接到电源或地的MOS管，周围需要加保护 环。
3.芯片金属线存在寄生电阻和寄生电容效应 寄生电阻会使电压产生漂移，导致额外噪声的产生； 寄生电容耦合会使信号之间互相干扰。
关于寄生电阻： a.镜像电流源内部的晶体管在版图上应该放在一起 ，然后通过连线引到各个
需要供电的模块 。 b.加粗金属线 c.存在对称关系的信号的连线也应该保持对称，使得信号线的寄生电阻保持
A
B
A
3.在处理匹配性要求高的对管（如差分输入对管）时，采用交叉对称的结构比 较好 。下图为晶体管交叉对称 。
4. MOS器件的匹配主要有四方面影响因素：
（1）栅面积：匹配度与有源区面积（S=WL）成反比关系。 （2）栅氧化层厚度：一般薄栅氧化层的管子的匹配度较高； （3）沟道长度调制：管子的不匹配与VGS的不匹配成正比，与沟道长度成反比； （4）方向（orientation）：沿晶体不同轴向制作的管子的迁移率不同，这就会影响
间走线以及端口引出等的面积，即得到总的芯片面 积。 2.Top－Down设计流程： 先根据电路规模对版图进行整体布局，芯片的整体布 局包括主要单元的形状大小以及位置安排，电源和 地的布局，输入输出引脚的放置等，统计整体芯片 的引脚个数，包括测试点也要确定好，严格确定每 个模块的引脚属性、位置 。
详细的整体布局的考虑因素
天线效应——长金属线（面积较大的金属线）在刻蚀的时候，会吸引大量 的电荷（因为工艺中刻蚀金属是在强场中进行的），这时如果该金属直接与管 子栅（相当于有栅电容）相连的话，可能会在栅极形成高电压会影响栅极氧化 层的质量，降低电路的可靠性和寿命。
天线效应的解决方法：
用另外一层更高一层的金属来割断本层的大面积金属，如下图所示。