版圖設(shè)計噪聲與匹配

1、Match & Noise Virtuoso主要目標(biāo)不同主要目標(biāo)不同 DIC：優(yōu)化芯片的尺寸和提高集成度；：優(yōu)化芯片的尺寸和提高集成度； AIC：優(yōu)化電路的性能、匹配程度、速度和各種：優(yōu)化電路的性能、匹配程度、速度和各種 功能方面的問題。功能方面的問題。performancespeedmatchingsizeareaothersDIC和和AIC目標(biāo)的對比目標(biāo)的對比Why match 因為硅片上產(chǎn)生出來的圖形尺寸不會與版圖因為硅片上產(chǎn)生出來的圖形尺寸不會與版圖數(shù)據(jù)的尺寸完全的匹配，因為在光刻、刻蝕、數(shù)據(jù)的尺寸完全的匹配，因為在光刻、刻蝕、擴散和離子注入的過程中圖形會收縮或擴張。擴散和離子

2、注入的過程中圖形會收縮或擴張。圖形的繪制寬度與實際寬度之差構(gòu)成了工藝圖形的繪制寬度與實際寬度之差構(gòu)成了工藝的誤差，所以版圖的設(shè)計者必須保證所有的的誤差，所以版圖的設(shè)計者必須保證所有的匹配的器件對工藝不敏感，因此需要匹配。匹配的器件對工藝不敏感，因此需要匹配。電流鏡（電流鏡（MOS、電阻）、電阻） 用于分壓的電阻（用于分壓的電阻（AD/DA） 差分對管差分對管 電壓電壓/電流基準(zhǔn)源電流基準(zhǔn)源用于運放加用于運放加/減比例設(shè)置的電阻減比例設(shè)置的電阻 用于電流比例設(shè)定的電阻用于電流比例設(shè)定的電阻 需要匹配的器件需要匹配的器件器件要相互靠近擺放器件要相互靠近擺放使器件擺放在同一個方向使器件擺放在同一個方

3、向器件要保持同一個大小器件要保持同一個大小選擇合適的中間值當(dāng)根部件選擇合適的中間值當(dāng)根部件交叉器件交叉器件 共質(zhì)心對稱法共質(zhì)心對稱法 匹配寄生參數(shù)匹配寄生參數(shù)擺設(shè)虛擬器件將其圍起擺設(shè)虛擬器件將其圍起匹配規(guī)則匹配規(guī)則器件要相互靠近擺放器件要相互靠近擺放匹配規(guī)則匹配規(guī)則x,yx- x , y+ yx+ x , y- yy1y2x1 x2UpperLimitLowerLimit The closer between the two components, the more similar for these two components. The distance between the devic

4、es should be the same. In the small region, the characteristic curve can be viewed as “l(fā)inear”.使器件擺放在同一個方向使器件擺放在同一個方向標(biāo)準(zhǔn)尺寸：標(biāo)準(zhǔn)尺寸： 20/5橫向放置橫向放置 20/4匹配規(guī)則匹配規(guī)則器件要保持同一個大小器件要保持同一個大小Two in seriesTwo in parallelFour in parallel匹配規(guī)則匹配規(guī)則選擇合適的中間值當(dāng)根部件選擇合適的中間值當(dāng)根部件Match for R1=4k R2=16kWhich one is better？匹配規(guī)則匹配規(guī)則阻

5、值居中阻值居中長度、寬度在精度范圍內(nèi)長度、寬度在精度范圍內(nèi)所占面積最小所占面積最小最窄2um，僅用于無需任何阻值精度要求的大電阻普通匹配34um高精度匹配56um有精度要求者，方塊值最好在6個以上5060um左右為佳，太長易斷寬度：長度：匹配規(guī)則匹配規(guī)則選擇合適的中間值當(dāng)根部件選擇合適的中間值當(dāng)根部件Match for R1=1k R2=100k匹配規(guī)則匹配規(guī)則選擇合適的中間值當(dāng)根部件選擇合適的中間值當(dāng)根部件交叉器件交叉器件 匹配規(guī)則匹配規(guī)則共質(zhì)心對稱法共質(zhì)心對稱法匹配規(guī)則匹配規(guī)則添加添加Dummy器件器件Dummy電阻的連接電阻的連接自身短接自身短接匹配規(guī)則匹配規(guī)則匹配寄生參數(shù)匹配寄生參數(shù)

6、！對精度要求極高的電阻！對精度要求極高的電阻應(yīng)該使應(yīng)該使contactcontact孔和孔和viavia孔帶來的寄生電阻孔帶來的寄生電阻以及由于金屬走線帶來的寄生電阻也對應(yīng)成比例以及由于金屬走線帶來的寄生電阻也對應(yīng)成比例需要精確匹配的器件之間的縫隙不應(yīng)該用來走線需要精確匹配的器件之間的縫隙不應(yīng)該用來走線 金屬走線一般不應(yīng)該大范圍的從電阻上方跨過金屬走線一般不應(yīng)該大范圍的從電阻上方跨過 匹配規(guī)則匹配規(guī)則匹配規(guī)則匹配規(guī)則Something Especial for MOS deviceSomething Especial for MOS device匹配規(guī)則匹配規(guī)則一些特殊的一些特殊的MOS管管請

7、注意請注意ring！Merged匹配規(guī)則匹配規(guī)則ImplantImplantSourceAsymmetryDrainABSourceDrainDrain匹配規(guī)則匹配規(guī)則一些特殊的一些特殊的MOS管管This one is better！M=1的兩個器件進行匹配一般不要將其merge匹配規(guī)則匹配規(guī)則一些特殊的一些特殊的MOS管管Common Centroid Symmetry Layout（AB BA）M=2，merge柵、源接襯底電位網(wǎng)表修改版圖設(shè)計者不得自行修改網(wǎng)表！匹配規(guī)則匹配規(guī)則一些特殊的一些特殊的MOS管管Common Centroid Symmetry Layout（AB/BA）Du

8、mmy Via器件未加Dummy匹配規(guī)則匹配規(guī)則一些特殊的一些特殊的MOS管管Common Centroid Symmetry Interdigitation Layout匹配規(guī)則匹配規(guī)則一些特殊的一些特殊的MOS管管Rules for noise如何獲得一個安靜的環(huán)境？如何獲得一個安靜的環(huán)境？選擇一個安靜的地段選擇一個安靜的地段請鄰居把音響開小聲點請鄰居把音響開小聲點回到自己的房間關(guān)好門窗回到自己的房間關(guān)好門窗請鄰居回到房間關(guān)好門窗請鄰居回到房間關(guān)好門窗在在floor plan中使噪聲模塊遠離敏感模塊中使噪聲模塊遠離敏感模塊降低信號擺幅降低信號擺幅用用guard ring將敏感模塊包圍起來將

9、敏感模塊包圍起來用用guard ring 將噪聲模塊包圍起來將噪聲模塊包圍起來Common Sense Noise Solution 襯底噪聲襯底噪聲 產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 源源/漏漏-襯底襯底PN結(jié)正偏導(dǎo)通，或者電源連線結(jié)正偏導(dǎo)通，或者電源連線 節(jié)點引入的串?dāng)_，使得襯底電位會產(chǎn)生抖動節(jié)點引入的串?dāng)_，使得襯底電位會產(chǎn)生抖動偏差。偏差。 解決方法：解決方法：A、輕摻雜的襯底，用保護環(huán)把敏感部分電輕摻雜的襯底，用保護環(huán)把敏感部分電路包圍起來。路包圍起來。Rules for noise 解決方法：解決方法：B、把把GND和襯底在片內(nèi)連在一起，然后由和襯底在片內(nèi)連在一起，然后由一條連線接到片外的全

10、局底線，使得一條連線接到片外的全局底線，使得GND和襯底的跳線一致，可以消除襯底噪聲。和襯底的跳線一致，可以消除襯底噪聲。C、場屏蔽作用：每個場屏蔽作用：每個BLOCK外圍一層金外圍一層金屬，使每個單元模塊用一電勢，而且模塊屬，使每個單元模塊用一電勢，而且模塊之間不相互影響。之間不相互影響。Rules for noise 不僅在噪聲模塊的外圍打上一層隔離環(huán)，不僅在噪聲模塊的外圍打上一層隔離環(huán)，而且在敏感模塊的外圍也打上一層隔離環(huán)，而且在敏感模塊的外圍也打上一層隔離環(huán)，這樣能起到雙重保護的作用。這樣能起到雙重保護的作用。Rules for noiseNOISEBLOCKNOISEBLOCKGua

11、rd RingNOISEBLOCKNOISEBLOCKRules for noise把噪聲模塊和敏感模塊遠離放置把噪聲模塊和敏感模塊遠離放置Guard RingRules for noiseGuard Ring對差分對及其他需要嚴(yán)格匹配的器件需要用其襯底環(huán)包圍起來對差分對及其他需要嚴(yán)格匹配的器件需要用其襯底環(huán)包圍起來CMOSCMOS工藝，每一個模塊盡量都加上環(huán)進行保護工藝，每一個模塊盡量都加上環(huán)進行保護BICMOSBICMOS工藝，對噪聲模塊和敏感模塊加保護環(huán)工藝，對噪聲模塊和敏感模塊加保護環(huán)噪聲模塊通常包括：大功率器件、數(shù)字開關(guān)部分、振蕩器噪聲模塊通常包括：大功率器件、數(shù)字開關(guān)部分、振蕩器敏

12、感模塊通常包括：電壓基準(zhǔn)、電流偏置電路、運放敏感模塊通常包括：電壓基準(zhǔn)、電流偏置電路、運放CMOSCMOS工藝（工藝（P P襯底），模塊保護環(huán)應(yīng)該打襯底），模塊保護環(huán)應(yīng)該打P P+ +接地電位接地電位功率管、基準(zhǔn)保護環(huán)常做成兩層結(jié)構(gòu)：一層打功率管、基準(zhǔn)保護環(huán)常做成兩層結(jié)構(gòu)：一層打P P+ +接地，一層打接地，一層打N N+ +接電源接電源保護環(huán)的電位不與器件內(nèi)部電源相接，而是在保護環(huán)的電位不與器件內(nèi)部電源相接，而是在I/OI/O端單獨引出端單獨引出Rules for noise！Guard Ring 必須封閉！必須封閉！應(yīng)該采用后者Guard RingRules for noiseDecoup

13、led Power RailsQuietV+V-Noise大耦合電容大耦合電容 除非特別說明，該電容不必在版圖設(shè)計開始時即確定大小、位除非特別說明，該電容不必在版圖設(shè)計開始時即確定大小、位置，通常在版圖最終拼整圖時，利用置，通常在版圖最終拼整圖時，利用“邊角余料邊角余料”空隙畫上即可?？障懂嬌霞纯?。去耦供電策略去耦供電策略在供電金屬線上放置一個很大的去耦電容。闖入供電金在供電金屬線上放置一個很大的去耦電容。闖入供電金屬線上的任何噪聲首先被去耦電容吸收到接地線，只有屬線上的任何噪聲首先被去耦電容吸收到接地線，只有很少的噪聲能越過這個電容進入電路很少的噪聲能越過這個電容進入電路Rules for noiseStacked Power RailsM3M2M1GNDGNDVDD小電容小電容 層疊電源線和地線，會形成許多小電容層疊電源線和地線，會形成許多小電容對于高頻噪聲的泄放很有用對于高頻噪聲的泄放很有用 在做在做seal ring時，除非工藝方有特定要時，除非工藝方有特定要求，往往都做成電源線與地線層疊的形式：求，往往都做成電源線與地線層疊的形式：方便方便ESD走線走線增大寄生電容。增大寄生電容。Rules for noiseIndividual Power Rail干擾較大的模塊和敏感模塊需要從干擾較大的模塊和敏感模塊需要從I/O端單獨