数字集成电路设计_笔记归纳.docx
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1、精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -第三章、器件一、超深亚微米工艺条件下OS管主要二阶效应:、 速度饱与效应 :主要显现在短沟道NMO管 ,PMOS 速度饱与效应不显著.主要缘由就是太大。在沟道电场强度不高时载流子速度正比于电场强度),即载流子迁移率就是常数。但 在电场强度很高时载流子得速度将由于散射效应而趋于饱与,不再随电场强度得增加而线性增加。此时近似表达式为:() ,显现饱与速度时得漏源电压就是一个常数。线性区得电流公式不变,但一旦达到,电流即可饱与,此时与成线性关系不再就是低压时得平方关系)。2、Lat h up 效应 :由于单阱工
2、艺得N NP 结构,可能会显现V D 到 VSS得短路大电流.正反馈机制 :PNP微正向导通, 射集电流反馈入PN 得基极 ,电流放大后又反馈到PNP得基极 ,再次放大加剧导通。克服得方法: 1、削减阱 / 衬底得寄生电阻, 从而削减馈入基极得电流,于就是减弱了正反馈。2、爱护环。3、短沟道效应 :在沟道较长时,沟道耗尽区主要来自MOS 场效应,而当沟道较短时,漏衬结 反偏)、源衬结得耗尽区将不行忽视,即栅下得一部分区域已被耗尽,只需要一个较小得阈值电压就足以引起强反型。所以短沟时VT 随 L 得减小而减小。此外,提高漏源电压可以得到类似得效应,短沟时 VT 随 V增加而减小,由于这增加了反偏
3、漏衬结耗尽区得宽度.这一效应被称为漏端感应源端势垒降低。、 漏端感应源端势垒降低DIBL):VDS 增加会使源端势垒下降,沟道长度缩短会使源端势垒下降.VDS很大时反偏漏衬结击穿,漏源穿通 ,将不受栅压掌握。5、亚阈值效应(弱反型导通:当电压低于阈值电压时MOS 管已部分导通。不存在导电沟道时源 n+体 )漏 n 三端实际上形成了一个寄生得双极性晶体管。一般期望该效应越小越好,特别在依靠电荷在电容上储备得动态电路,由于其工作会受亚阈值漏电得严峻影响。绝缘体上硅(SO)6、沟长调制 :长沟器件:沟道夹断饱与;短沟器件:载流子速度饱与。7、热载流子效应:由于器件进展过程中,电压降低得幅度不及器件尺
4、寸,导致电场强度提高,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -使得电子速度增加。漏端强电场一方面引起高能热电子与晶格碰撞产生电子空穴对,从而形成衬底电流,另一方面使电子隧穿到栅氧中,形成栅电流并转变阈值电压。影响: 1、使器件参数变差,引起长期得牢靠性问题,可能导致器件失效.、衬底电流会引入噪声、 Latch u、与动态节点漏电.解决: LDD(
5、轻掺杂漏) :在漏源区与沟道间加一段电阻率较高得轻掺杂区。缺点就是使器件跨导与S减小。8、体效应 :衬底偏置体效应、衬底电流感应体效应衬底电流在衬底电阻上得压降造成衬偏电压 .二、 M SFET器件模型、 目得、意义 :削减设计时间与制造成本.2、要求 :精确。有物理基础。可扩展性,能猜测不同尺寸器件性能。高效率性,削减迭代次数与模拟时间3、结构电阻 :沟道等效电阻、寄生电阻4、结构电容 :三、特点尺寸缩小目得 : 1、尺寸更小 ;2、速度更快。 3、功耗更低。 4、成本更低、方 式 : 1、恒场律 (全比例缩小),抱负模型,尺寸与电压按统一比例缩小.优点:提高了集成密度未改善:功率密度.问题
6、: 1、电流密度增加。2、VT小使得抗干扰才能差;、电源电压标准转变带来不便;4、漏源耗尽层宽度不按比例缩小。、 恒压律 ,目前最普遍,仅尺寸缩小,电压保持不变。优点:、电源电压不变。2、提高了集成密度问题:、电流密度、功率密度极大增加。2、功耗增加。 3、沟道电场增加,将产生热载流子效应、速度饱与效应等负面效应。4、衬底浓度得增加使PN 结寄生电容增加,速度下降。、 一般化缩小 ,对今日最有用,尺寸与电压按不同比例缩小。限制因素 :长期使用得牢靠性、载流子得极限速度、功耗.第四章、导线及互连一、确定并量化互连参数1、互连寄生参数(寄生R、 C)对电路特性得影响主要表现在三个方面:性能下降,传
7、播延时增加 ;功耗增加,影响能耗与功率得分布;引起额外得噪声来源,影响电路牢靠性。、 寄生参数简化条件(寄生电阻、寄生电感、寄生电容对的电容 ,线间电容 ) :如导线电阻大 ,可以不考虑电感,只考虑电阻电容;如导线电阻小且短,可以只考虑电容。如导线电阻小且长,就需考虑电感电容;如导线平均间距很大,可以不考虑线间电容。3、互连电阻 ::纵向参数t、由工艺打算,横向参数、w 由版图打算。互连电阻越小,答应通过互连线得电流越大,互连推迟越小。薄层电阻 与版图尺寸无关,就=(n 为薄层电阻方块数:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -
8、第 2 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -接触电阻 :互连与硅及多晶之间得接触(有源接触孔 )、不同互连层之间得接触(通孔 减低接触电阻得途径:增大接触孔(成效不明显)。增多接触孔 ;信号线尽量保持在同一层。0、 MOS 工艺接触电阻典型值:有源接触孔52 ,通孔 15。趋肤效应 :在特别高频率下,电流主要在导体表面流淌,其电流密度随进入导体深度而指数下降。 趋肤深度 :电流下降到额定值得1 e 时所处得深度。临界频率 :趋肤深度达到导体最大尺寸 w
9、或)得1/2 时得频率。4、互连电容 :导线对衬底得电容:就是电路负载电容得一部分。不考虑边缘效应时C=(如 w),就是绝缘介质(氧化层得介电常数 ,就是氧化层厚度.导线间得电容:、 互连电感 :何时考虑 :很长得互连线。极高得频率GHz。低电阻率互连材料如Cu。对电路性能影响:振荡与过冲效应; 导线间电感耦合;V= di/ 引起得开关噪声。阻抗失配引起得信号反射。电感值估算 :一条导线 (每单位长度得电容 c 与电感 l 存在关系式 (成立得条件就是该导线必需完全被匀称得绝缘介质所包围,但不满意时也可使用来求近似值)。二、互连线延时模型1、分布模型 :电阻与电容沿线长连续分布,就是实际情形,
10、但需要解偏微分方程。2、集总模型 :以总电阻与总对的电容等效。适用于导线较短且频率不特别高得情形,只需解常微分方程。对长互连线就是一个保守与不精确得模型。为解决集总模型对于长互连线不精确,实行分段集总 (分段数越多越精确,但模型越复杂, 模拟所需时间越长。引入 : 3、R树、 l or 延时公式 :树 :该电路只有一个输入节点,全部电容都在某个节点与的之间,不包含任何电阻回路(使其成为树结构) 。Elmore 延时公式 :节点处延时为,表示路径电阻 ,表示共享路径电阻,代表从输入节点到节点 i 与节点 k 这两条路径共享得电阻,代表这个节点得电容。4、N 级 C 链: C 树得无分支得特别情形
11、。可以使用N 级等分 C 链来近似一条 匀称分布 电阻 -电容线 : ,导线长 L,单位长度电阻、电容为r、c。R( =rL就是导线集总电阻,C( = L)可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -就是集总电容。当很大时模型趋于分布式rc 线:,从而有 :一条导线得延时与其长度得平方成正比, 分布 r 线得延时就是集总RC 模型猜测得延时得一半,即
12、集总模型代表保守估量。5、互连延时得优化:采纳低电阻率互连导体,降低R:采纳 C替换 l 。采纳低介电常数得互连介质,降低 :将削减延时、功耗与串扰。采纳过渡金属硅化物,降低多晶接触电阻。增加互连层数量,有助于削减导线长度。分层优化 .的址线计策 。优化走线方式,45布线 .插入中继器 。降低电压摆幅,既缩小了延时又减小了动态功耗。三、传输线模型当开关速度足够快,互连线得电阻足够小时,导线得电感将不行忽视,因而必需考虑传输线效应。一条导线得分布lc 模型称为 传输线模型 。1、有损传输线 :考虑、 l、c,适用于 l 基芯片 .2、无损传输线 :考虑 l、c,适用于Cu 基芯片 .单位长度得传
13、输延时。信号反射与终端阻抗:终端阻抗打算了当波到达导线末端时有多少比例被反射.反射系数:( R 为终端阻抗,为线得特点阻抗)不同终端时传输线特性:3、抑制传输线效应: 阻抗匹配 ,在导线源端串联匹配电阻或者在导线末端并联匹配电阻。四、串扰、 来源 :当两条 互连线间距很小时,一条线上得脉冲电压通过寄生电容耦合在另外一条线上引起寄生信号。2、串扰得大小 取决于 线间耦合电容得大小与线间电压差随时间得变化速率。线间距 越小,耦合电容越大,串扰越严峻。层间串扰 :平板电容 .重叠面积越大, 电容越大 .为了使重叠面积尽可能小,版图设计时应使相邻两层连线在交叉时相互垂直。可编辑资料 - - - 欢迎下
14、载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -、 抑制串扰得途径:尽量防止节点浮空。对串扰敏锐得节点低摆幅、浮空)应尽量远离全摆幅信号线。相邻 同层、异层)导线尽量不要平行,邻层尽量垂直走线,平行走线尽量远离。在两条信号线间加一条接的或者接负载 。VD得屏蔽线 ,使线间电容成为接的电容,但会增加电容时序答应前提下,尽可能加大信号上升下降时间,但会使开关功耗加大。第五章、反相器一、基
15、本特性1、无比规律 ,规律电平与器件得相对尺寸无关,所以晶体管可以采纳最小尺寸。2、极高输入阻抗。设计良好得反相器具有低输出阻抗,从而对噪声与干扰不敏锐。、 稳态 工作情形下, VDD 与 GND 之间没有直接通路,即没有电流存在(静态电路) ,此时输入与输出保持不变,且没有任何静态功耗。二、直流电压转移特性TC输出与输入电平间得关系、阈值电压: M S、PMOS 均在饱与区,由电流相等(使用饱与区电流公式)求解.短沟器件或高电源电压:使用速度饱与时电流公式长沟器件或低电源电压:使用饱与区电流公式(平方律)对称得 CMS 反相器: ,,此时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资
16、料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页,共 12 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -、噪声容限定义:、就是时反相器得工作点.,。如 CMOS反相器对称 即,):对 VTC实行线性近似。由两个管子均处于饱与区或者速度饱与,由电流相等,对Vin 求导并令求解 ,就,。如 CMOS 反相器不对称:由 PMOS 在线性区, NM S 在饱与区,由电流相等,对Vin 求导并令 ,此方程与电流相等方程联立解出Vin 即为。 再使 P S 饱与 ,NMOS
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