北大集成电路原理与设计之二：模拟集成电路原理与设计课件11版图运放设计补充

北大微电子：模拟集成电路原理版图运放设计补充版图、运放设计补充（第30、31讲）MaxGBWCh.11#1北大微电子：模拟集成电路原理本讲内容•运放的带宽极限偏置电路的设计•偏置电路的设计•版图设计MaxGBWCh.11#2北大微电子：模拟集成电路原理MOSFET的寄生电容MaxGBWCh.11#3北大微电子：模拟集成电路原理MOSFET的截至频率fTTW2VgfiifFCVLWCgWLCCdsatmoxdsatoxnmoxGS3MOSFET/3322×======的截至频率时，，而μμμHzVmHzVmVACVACLCfiipnoxpoxnGSTDSGS10101020,/30/60222MOSFET2929222×=×===×===，反推得，的截至频率时，μμμμμμμμππGHzHzfVVNMOSLVVTdsat8.325.028.62.01020232.0:5.09min≈××××===，，μMaxGBWCh.11#4北大微电子：模拟集成电路原理高增益vs高速MaxGBWCh.11#5北大微电子：模拟集成电路原理非主极点的极限频率（1）MaxGBWCh.11#6北大微电子：模拟集成电路原理非主极点的极限频率（2）MaxGBWCh.11#7北大微电子：模拟集成电路原理高速Miller运放的设计（1）MaxGBWCh.11#8北大微电子：模拟集成电路原理高速Miller运放的设计（2）666TTmmGSLffggfCC≈αβ811112112666TTGSmLmndffCgCgf≈⎟⎠⎞⎜⎝⎛+≈⎟⎠⎞⎜⎝⎛+≈⎟⎠⎞⎜⎝⎛+≈βαββαβπβπ16TfGBW≈⎠⎝⎠⎝⎠⎝βββMaxGBWCh.11#9北大微电子：模拟集成电路原理GBW最大值与L的关系MaxGBWCh.11#10北大微电子：模拟集成电路原理本讲内容•运放的带宽极限偏置电路的设计•偏置电路的设计•版图设计MaxGBWCh.11#11北大微电子：模拟集成电路原理折叠共源共栅运放VVb4Vb3Vb3Vb2b2Vb1MaxGBWCh.11#12北大微电子：模拟集成电路原理偏置电路(NMOS)()23321111串联后的晶体管MMMVVVVdsatthGSb+==23322323、串联后的晶体管、VVVVVVMMMdsatGS+=311122312均取、若LWMMVVVVGSGSbb−+=W1/L1()12321111的等效沟长，因此取而LNMLNWM×+×W1/NL1()111122331，，则设VNVVVNVVVVVdsatbbdsatdsatdsatdsatdsatdsat×−++=×+===W/L()6~431212的取值为通常，所以NNVVVdsatbbdsatbb−W1/L1MaxGBWCh.11#13北大微电子：模拟集成电路原理偏置电路(PMOS)()0004VVVVVVdsatthddGSddb−−=−=45544545、串联后的晶体管、VVVVVVMMMdsatGSW2/L250254543均取、若LWMMVVVVGSGSbb+−=W2/ML2()14521222的等效沟长，因此取而LMMLMWML×+×W2/L2()111434550，，则设VMVVVMVVVVVdsatbbdsatdsatdsatdsatdsatdsat×−+−=×+===W2/L2()6~4334的取值为通常，所以MMVVVdsatbb−MaxGBWCh.11#14北大微电子：模拟集成电路原理Vb1~Vb4的产生b1b4MaxGBWCh.11#15北大微电子：模拟集成电路原理本讲内容•运放的带宽极限偏置电路的设计•偏置电路的设计•版图设计–设计规则天线效应–天线效应–减小栅电阻与漏寄生电容对称性设计–对称性设计MaxGBWCh.11#16北大微电子：模拟集成电路原理设计规则•设计规则分类最小宽度(width)–最小宽度(width)–最小间距(spacing)–最小包围(enclosure)–最小延伸(extension)最小延伸()MaxGBWCh.11#17北大微电子：模拟集成电路原理最小宽度(width)()•掩模版定义的几何图形，其宽度必须大于形，其宽度必须大于某个值•偏差：取决于光刻和•偏差：取决于光刻和工艺水平层厚度越小该层允•层厚度越小，该层允许的最小宽度也越小MaxGBWCh.11#18北大微电子：模拟集成电路原理最小间距(spacing)(pg)•同层图形：–金属短路金属短路•不同层图形：扩散区与多晶硅–扩散区与多晶硅MaxGBWCh.11#19北大微电子：模拟集成电路原理最小包围(enclosure)()•如N扩散区应被N注入区包围入区包围•Cantact应被Poly或者Metal1包围者Metal1包围•在被包围图形周围留够余量够余量MaxGBWCh.11#20北大微电子：模拟集成电路原理最小延伸(extension)()•Poly在有源区外延伸–工艺偏差工艺偏差–确保边缘部分正常MaxGBWCh.11#21北大微电子：模拟集成电路原理设计规则与版图MaxGBWCh.11#22北大微电子：模拟集成电路原理本讲内容•运放的带宽极限偏置电路的设计•偏置电路的设计•版图设计–设计规则天线效应–天线效应–减小栅电阻与漏寄生电容对称性设计–对称性设计MaxGBWCh.11#23北大微电子：模拟集成电路原理天线效应•刻蚀第一层金属时，这层金属就像一根天线，会收集离子。•面积越大，收集的离子越多，击穿栅氧。图(a)面积越大，收集的离子越多，击穿栅氧图()•解决方法：通过Metal2过渡。图(b)MaxGBWCh.11#24北大微电子：模拟集成电路原理本讲内容•运放的带宽极限偏置电路的设计•偏置电路的设计•版图设计–设计规则天线效应–天线效应–减小栅电阻与漏寄生电容对称性设计–对称性设计MaxGBWCh.11#25北大微电子：模拟集成电路原理叉指晶体管•图a：简单折叠，减小漏端电容•图b：减小栅电阻Rg，使Rg1/gmggm•低噪声应用：Rg为1/gm的1/5~1/10。•以上Rg、gm为单个叉指管的参数MaxGBWCh.11#26ggm北大微电子：模拟集成电路原理叉指数目：奇数vs偶数叉指数目为偶数时漏区面积最小漏区面积最小通常叉指数目为偶数MaxGBWCh.11#27北大微电子：模拟集成电路原理叉指数目：偶数MaxGBWCh.11#28北大微电子：模拟集成电路原理叉指数目较大时•分成两排或多排•防止芯片的尺寸不成•防止芯片的尺寸不成比例MaxGBWCh.11#29北大微电子：模拟集成电路原理共源共栅电路的版图•共源管与共栅管取一样的尺寸•共源管的漏与共栅管的源连在一起共源管的漏与共栅管的源连在起•该节点无其他连接关系！不必提供contactMaxGBWCh.11#30北大微电子：模拟集成电路原理本讲内容•运放的带宽极限偏置电路的设计•偏置电路的设计•版图设计–设计规则天线效应–天线效应–减小栅电阻与漏寄生电容对称性设计–对称性设计MaxGBWCh.11#31北大微电子：模拟集成电路原理差分对的对称C相对较好MaxGBWCh.11#32北大微电子：模拟集成电路原理注入的方向性图a更好MaxGBWCh.11#33图a更好北大微电子：模拟集成电路原理使周围环境一致1、虚拟管（Dummy）2Ml1应对称2、Metal1应对称MaxGBWCh.11#34北大微电子：模拟集成电路原理离子浓度梯度变化的影响沿梯度方向，M1、M2严重失配MaxGBWCh.11#35北大微电子：模拟集成电路原理一维交叉耦合A图更好！为什么？MaxGBWCh.11#36北大微电子：模拟集成电路原理共质心的版图布局MaxGBWCh.11#37北大微电子：模拟集成电路原理共质心版图M1M2M1M2M2M1M2M1MaxGBWCh.11#38北大微电子：模拟集成电路原理参考源的分布距离较远等与、M2Circuit1CircuitREF、电源线的连线电阻、晶体管之间存在失配21制噪声提高问题：电流很难精确复、栅电阻：噪声、电源线的连线电阻3MaxGBWCh.11#39制，噪声提高问题：电流很难精确复北大微电子：模拟集成电路原理电流的本地复制MaxGBWCh.11#40北大微电子：模拟集成电路原理电流的复制：2倍，0.5倍IIIIREFREF2,221==变电流倍数通过修改叉指数目来改应该一样、注意，所有叉指管的LWMaxGBWCh.11#41变电流倍数通过修改叉指数目来改