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Analog layout技艺-match

我打算写关于模拟电路layout的一系列文章。

因为是第一篇,所以要介绍画模拟电路版图时,都要做的一些准备工作或者是要问的

一些问题。

模拟部分不同于数字部分,它有时很抽象,有时也很死板,有的有很高的频率,有时有很大的电流

总之就像人的情感,需要很好的控制才能发挥作用。

通常在画模拟电路之前或者整个过程中,你都要不停的问和了解

比如:这个电路有什么功能,是做什么用的?

它的电流总共有多少?最大电流多大,在哪些节点之间?

什么地方需要有很好的对称?什么地方需要有很好的保护?

什么地方需要相互隔开?什么地方可以靠在一起,什么地方不可以?

等等,这些问题是常要问的,要和designer有很好的沟通,了解设计的思路和想法

这样才能确保电路生产出来后,能够正常运行。(当前以电路设计正确性为前提)

match是需要注意的其中之一,为考虑器件的对称性。

电路中有很多地方需要有很好的对称性,以下就是常见的一种:



上图为band-gap电路,器件的对称性,直接影响对电路的好坏,

这就是了解了电路,才明白对称的意义是什么。

对于对称,不仅是在考虑器件之间的对称性,还好考虑诸如布线的长度,走势,布局水平还是垂直等等

方方面面都有考虑对称的必要性。

如图:


器件A与器件B有两条线相连,其中一条net01因有其他器件阻碍,所以要绕道,从而增加线的长度。

从图中,可以看出,net01和net02有很大的区别,net01走线长,还附带出线上的寄生电容和寄生电阻等不良

因素,因此信号从net01和从net02上传输时,就产生的差异。如果要求信号同时到达,以这种情况看,电路

的功能便有可能不能实现。所以对称性是方方面面的,随时都应留心。

CMOS电路中,单个MOS的特性,取决于单个晶体管的宽长比(W/L),比值越大,晶体管的速度就快,反之则慢

在生产过程中,晶片会在某个方向上存在差异性,这便导致了晶体管的差异。

如图:



A,B两个晶体管,只是位置有所变化,宽长比均为W/L=2/0.5=4

假设在垂直方向有差异-0.05(数据均为假设,是为计算方便)

A情况 W=2-->1.95 L=0.5-->0.5 W/L=3.9

B情况 W=2-->2 L=0.5-->0.45 W/L=4.444

A/B=0.8775 于是差异就这样产生了。

电阻的计算,是1个 Square为多少计算,常见的如:poly1电阻1square=8-11欧,nwell电阻1square=1K欧

如果1个square边长可以选择5u和10u,对同一个制程,同上有垂直方向的差异,5X5的square error占总面积的

0.05/5=1%,10X10的square error占square面积的0.05/10=0.5%

所以为了避免或减少这些差异,便对版图的设计者,提出了挑战!!

以下,就是一些方法,供大家参考。
一、中心对称

这是几种对称方式,比如MOS A 宽长比 W/L=4/0.6 可以画为2个W/L=2/0.6

MOS B 也是如此,然后按上图排列,就是中心对称的基本形式。

中心对称的基本思想,就是将器件平均分割,依中心位置进行排列。

下图是布线进行对称的示图:


尽量发现类似的布线,并调整到平衡的位置。

只要细心发现,就能看出布局的好与坏,这也就是布局的关键所在。

二、组件模块

这一方法,主要针对于电阻的layout。

对于一组电阻有2K,1K和500,不同的人,就会有不同的画法,如图:



之所以会出现上图这几种画法,原因在于所采用的最小组件不同,变化就产生了。

所以关键问题,应取决于最小组件的选择。选定最小组件后,再进行中心对称,达到合理的布局。

在画电阻时,我们要考虑到节点的问题,因为节点的存在,无疑加大了电阻的阻值,这是电路中不想

见到的。采用电阻并联的特性,将节点电阻进行并联,减少了节点电阻,所以就个人

的眼光看,上图中D,即考虑了对称性,又考虑到节点电阻的问题,是最好的选择。

从考虑节点电阻来看,组件的选择不是最小最好,适用才是最好,主要还是按实际情况而定。

提醒大家的事,一般画电阻时,都会在两边或四周画一些dummy电阻,以保护内部电阻。

有问题请call nfmao,谢谢!!

[参考文献]
《IC Mask Design -ESSENTIAL LAYOUT TECHNIQUES》 author: Christopher Saint / Judy Saint
《HQ 学习心得》 作者:孙娜



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