版圖設(shè)計(jì)實(shí)例

版圖設(shè)計(jì)實(shí)例

2021/5/91MOS場(chǎng)效應(yīng)管的版圖實(shí)現(xiàn)單個(gè)MOS管的版圖實(shí)現(xiàn)1.MOS管的結(jié)構(gòu)和布局

①M(fèi)OS管的四種布局圖2021/5/92③源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)合稱為MOS管的有源區(qū)(Active），而有源區(qū)之外的區(qū)域定義為場(chǎng)區(qū)（Fox)。有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)之和就是整個(gè)芯片表面。Fox+Active=Surface

芯片表面包含有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)兩部分

④N阱CMOS集成電路使用P型襯底，NMOS管直接制作在P型襯底上，PMOS管做在N阱內(nèi)。2021/5/93⑤完整的MOS管版版圖必須包含兩個(gè)部分：a）由源、柵和漏組成的器件；b）襯底連接。2021/5/945.1.2MOS管陣列的版圖實(shí)現(xiàn)

1.MOS管串聯(lián)(1)兩個(gè)MOS管的串聯(lián)。N1的源、漏區(qū)為X和Y，N0的源、漏區(qū)為Y和Z。Y是它們的公共區(qū)域，如果把公共區(qū)域合并,得到圖5.7(d)所示的兩個(gè)MOS管串聯(lián)連接的版圖。從電流的方向可以決定，當(dāng)MOS管串聯(lián)時(shí)，它們的電極按S-D-S-D-S-D方式連接。(a)電路圖

(b)N1版圖(c)N0版圖(d)N1和N0串聯(lián)版圖

(2)任意個(gè)MOS管串聯(lián)。例如3個(gè)MOS管串聯(lián)的版圖。(a)電路圖

(b)版圖

2021/5/952.MOS管并聯(lián)(并聯(lián)是指它們的源和源連接，漏和漏連接，各自的柵還是獨(dú)立的。)(1)柵極水平放置，節(jié)點(diǎn)X和Y可用金屬連線連接(圖b)；也可用有源區(qū)連接(圖c）。(2)柵極豎直方向排列，節(jié)點(diǎn)連接既可用金屬導(dǎo)線(圖b)，也可用有源區(qū)進(jìn)行連接(圖c）。2021/5/96(3)三個(gè)或三個(gè)以上MOS管并聯(lián)。①全部用金屬進(jìn)行源的連接和漏的連接(圖a）,稱為叉指形結(jié)構(gòu);②分別用金屬和有源區(qū)進(jìn)行源和漏的并聯(lián)連接;③金屬連接和有源區(qū)連接聯(lián)合使用(圖b）。3.MOS管的復(fù)聯(lián)復(fù)聯(lián)是MOS管先串后并和先并后串的連接。2021/5/971.CMOS門電路(1)反相器電路圖版圖1

版圖2

版圖1特點(diǎn):多晶柵豎直排列,MOS管源區(qū)面積小,因而反相器面積也小。

版圖2特點(diǎn):多晶柵水平排列,MOS管漏極金屬與電源、地金屬線之間的空檔允許其它金屬線通過,因水平尺寸較大而使面積稍大一些。2021/5/98(2)異或門版圖1特點(diǎn):多晶柵豎直放置;MOS管排成4行,第2和第4行構(gòu)成或非門,第1和第3行構(gòu)成與或非門.整個(gè)版圖較高。2021/5/99

版圖2特點(diǎn):或非門和與或非門分開布局,P管和N管各占一行。2021/5/910(3)二輸入端與門(and2)

特點(diǎn)：與門由與非門和反相器串聯(lián)而成，采用合并公共區(qū)域的技巧，將P管接電源的有源區(qū)公用，N管接地的有源區(qū)公用，器件的排列很緊湊，面積很小。2021/5/911(4)與或非門(AOI)

提示：設(shè)計(jì)AOI或OAI的版圖，一定要熟練掌握MOS管串聯(lián)和并聯(lián)的畫法后進(jìn)行，看清每個(gè)MOS管的輸入信號(hào)，用棍棒圖畫出草圖后再畫版圖。2021/5/912(5)或與非門（OAI)

提示：對(duì)比AOI和OAI電路圖和版圖的區(qū)別和畫法，鞏固和熟練掌握CMOS復(fù)聯(lián)電路版圖的畫法。2021/5/913(6)全加器2021/5/914版圖2021/5/915

特點(diǎn)：①和異或門相似，幾個(gè)輸入信號(hào)被幾乎所有的器件公用，設(shè)計(jì)版圖時(shí)要充分注意這一特點(diǎn)。②版圖把A、B、C多晶分成二段且排成二列，A線在上面(靠近Vdd)轉(zhuǎn)折連接，B線在下面(靠近Vss)轉(zhuǎn)折連接，C線二段不能直接連接，在Vss附近用金屬連接。③用左面一列A、B、C多晶布局器件的串并聯(lián)，右面一列A、B、C多晶布局器件的串聯(lián)。整個(gè)電路分為4行，第2和第3行組成進(jìn)位電路的前級(jí)，第1行和第4行組成求和電路的前級(jí)。④進(jìn)位與求和的輸出反相器采用較大的寬長(zhǎng)比。⑤在版圖中間一條橫的金屬線阻擋了進(jìn)位部分串并聯(lián)電路的輸出從上至下進(jìn)行連接，用多晶從該金屬線下穿過將這段輸出金屬連接。2021/5/9162.CMOSRAM單元及陣列(1）CMOSRAM單元

特點(diǎn)：版圖用雙層金屬設(shè)計(jì)。兩個(gè)反相器共源，它們的交叉連接和襯底連接都用金屬1，兩條位線也用金屬1作為連線。Vdd、Vss和W用金屬2作為導(dǎo)線。門管的多晶柵和金屬1連接，然后金屬1經(jīng)過通孔連接到用字線。阱和襯底的接觸也經(jīng)過通孔連接到Vdd和Vss。2021/5/917(2)CMOSRAM陣列

特點(diǎn)：存儲(chǔ)單元排成陣列時(shí)，列的方向只要求相鄰單元位線的間距符合設(shè)計(jì)規(guī)則；行的布局合并了公共區(qū)域，即Vdd和Vss共用。2021/5/9183.CMOSD觸發(fā)器

(1)無置位和復(fù)位端的D觸發(fā)器電路圖

電路圖中,用鐘控反相器代替反相器和傳輸門（TG2）串聯(lián)。2021/5/919版圖

特點(diǎn)：1）版圖為4行結(jié)構(gòu)，中間兩行構(gòu)成反相器，多晶從第2行延伸到第3行就形成反相器。2）第1行和第4行構(gòu)成傳輸門，雖然被第2、3行分隔開，但這兩行MOS管不需要多晶共用，只用金屬進(jìn)行源漏連接，即使這些金屬連線跨過中間兩行有源區(qū)，也不會(huì)形成寄生MOS管。3）CP多晶放在Vdd線下，CPb多晶沿Vss水平布線，在中央部位，這兩條多晶都從有源區(qū)的空隙分別延伸到Vdd和Vss線附近，與傳輸門器件的柵級(jí)連接。4）主觸發(fā)器采用鐘控反相器，節(jié)省一根金屬連線。2021/5/920(2)帶置位端的D觸發(fā)器電路圖

版圖特點(diǎn)：器件仍分為4層，CP和CPb也位于上下兩邊，并且在CP多晶的上方增加一條水平的多晶作為復(fù)位（R）。CPb線在水平和垂直方向的連接采用金屬過渡。主觸發(fā)器采用鐘控或非門，節(jié)省一根金屬連線。2021/5/9214.CMOS放大器2021/5/922分割輸入器件實(shí)現(xiàn)四方交叉：將M3變?yōu)镸3a和M3b，M4變?yōu)镸4a和M4b，就可以實(shí)現(xiàn)四方交叉，保證輸入器件的對(duì)稱性。2021/5/923由于全部電流都要通過輸入晶體管中的每一個(gè)，例如，有時(shí)整個(gè)電流完全在M3，當(dāng)差分信號(hào)關(guān)斷時(shí)，M3關(guān)斷M4接通，整個(gè)電流又完全在M4，信號(hào)每擺動(dòng)一次就切換一次，為了承受這一電流，在M3和M4之間的金屬線需要達(dá)到一定的寬度，采用二條金屬線連接M3和M4的源極，并且從M4b和M3b的中間向下，這樣，M3導(dǎo)通時(shí)電流將通過M3a和M3b，即它的兩半把電流向下送到中心導(dǎo)線。2021/5/9242021/5/925M3和M4的寬長(zhǎng)比很大，M3a、M3b、M4a和M4b都采用多管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。這四個(gè)MOS管的源已經(jīng)連接到Metal1導(dǎo)線，為了避免和Metal1交叉短路,M3和M4的漏極要用Metal2連接。Metal2有很多通孔和很寬的導(dǎo)線，使電流能夠順利通過。2021/5/926為了實(shí)現(xiàn)對(duì)稱，將M5也分割為M5a和M5b。2021/5/927CMOS放大器的版圖2021/5/928

考慮對(duì)稱性，兩個(gè)P管只要畫一個(gè)，另一個(gè)通過復(fù)制而成。P管制作在N阱中，用N阱接觸包圍整個(gè)器件，并且將電源線和接觸合并為一條金屬線