集成电路版图设计基础第五章：匹配ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物匹配规则 简单匹配 匹配方法school of phyebasics of ic layout design1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design2place matched devices close to each other.keep devices in the same o

2、rientation.choose a middle value for a root component.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design3 interdigitate.surround yourself with dummies.cross-guad your device pairs.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有

3、一个活的生物school of phyebasics of ic layout design4 match the parasitics on your wiring.keep everything in symmetry.make differential logic identical.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design5 match device widths.go large.always communic

4、ate with your circuit designer.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design6mask designer are not phychic.watch the neighbors.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design7

5、regular (rectangular shape) parallel elements Possibly, the current flowing in the same direction.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design8就CMOS晶体管而言，对其特性影响最大的参数是栅长和栅宽。在工艺中采用的某些刻蚀方法常常在一个方向上刻蚀得快些。这样发生在一个晶体管宽度上的刻蚀误差将出现在另一个晶体管的长度上。2019

6、.821.822.52020.5我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design9 当集成电路产业刚刚起步的时候,制造工业仍然相对落后。即使你将两个需要匹配的器件放的很近, 我们也仍然无法保证它们的一致性。 现在虽然制造工艺越来越精确,但是匹配问题的研究从来就没有停止过, 相反地, 匹配问题显得日益突出和重要。 匹配分为横向匹配、 纵向匹配和中心匹配。实现匹配有三个要点需要考虑: 需要匹配的器件彼此靠近需要匹配的器件彼此靠近 注

7、意周围器件注意周围器件 保持匹配器件方向一致保持匹配器件方向一致 遵守这 3条基本原则, 就可以很好的实现匹配。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design10根部件，在这里指这样一个电阻，可以根据这一个电阻设计出所有其他的电阻。用最小的电阻作为根器件,这样的选择当然也可以实现我们需要的匹配, 但同时我们却忽略了另外一个问题,那就是像 2 K 这样的电阻如果用 2 5 0 做根器件, 那么就需要 8个根器件串联起来实现, 这

8、就导致了这 8个电阻之间接触电阻接触电阻也同时加大了,这是我们不希望看到的。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design11采用根部件的最好方法是找出一个中间值中间值,例如用 1 K 的电阻作为值将电阻串联和并联起来。这种方法节省了使其所占的比例, 也许会，因为电阻之间的间隙数少了，现在占的是电阻器件本身的，。利用根部件时, 如果所有的电阻尺寸一样, 形状一样, 方向一致而且相互靠近, 那么就可以得到一个很好的匹配。我吓了一

9、跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design12通常在电路中有些大堆部件都必须与一个给定的器件匹配，这个器件称为定义部件定义部件（图5-5，P104）。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design13将其指状交叉匹配将其指状交叉匹配两组电阻指状交叉排列两组电阻指状

10、交叉排列指状交叉部件的布线指状交叉部件的布线我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design14Interdigitize to reduce . Using an even number (n) of gate fingers can reduce Cdb, Csb to or depending on source/drain designation. Typically it is more so than source

11、capacitance. Also use to minimize mismatch induced by etch undercutting during fab. And these can be than .我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design15我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyeb

12、asics of ic layout design16analog transistors often have a large W/L ratio.Interdigitization can be used in a multiple transistor circuit layout to distribute process gradients across the circuit. This improves matching.two matched transistors with one node in common: split them in an equal part of

13、fingers (for example 4) interdigitate the 8 elements: AABBAABB or ABBAABBA我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design17123AABBAABB patternABBAABBA pattern我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phy

14、ebasics of ic layout design18Axis of Symmetries:我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design19Interdigitation Patterns:我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design20当这些电阻被刻

15、蚀的时候,位于中间的器件所处的环境肯定与两边的不同,位于两边的器件所受的腐蚀会比中间的器件多一些位于两边的器件所受的腐蚀会比中间的器件多一些,这一点点的区别也许会对匹配产生非常不可预知的结果。为了使上述电阻在加工上面也保持一致,最简单的办法就是在两边分别放置一个 “虚拟电阻虚拟电阻”(“dummy resistor ”),而实际上它们在电路连线上没有与其它任何器件连接电路连线上没有与其它任何器件连接,它们只是提供了一些所它们只是提供了一些所谓的谓的“靠垫靠垫”, 以避免在两端过度刻蚀以避免在两端过度刻蚀。这就是虚拟器件, 保证所有器件刻蚀一致。etchdummyreal resistors我吓

16、了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design21Ending elements have different boundary conditions than the inner elements = use dummyHere the dummies are shorted transistors.Remember their parasitic contribution!?我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放

17、在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design22另外一种情况就是当你需要这些器件高度匹配的时候, , 也可以在四周都布满虚拟器件四周都布满虚拟器件, 防止在四边的过度腐蚀, 以保证。 其缺点就是这种方法会,采用时应多多考虑实际项目的需要。the real resistors, encased by dummy devices, are protected from over-etching on all four sides.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

18、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design23把器件围绕一个公共的中心点放置称为共心布置共心布置，甚至把器件在一条直线上对称放置也可以看作共心技术。现有的集成工艺中, 可以或。热梯度是由芯片上面的一个发热点产生的,它会引起其周围的器件的电气特性发生变化。离发热点远的器件要比离发热点近的器件影响要小。共心技术使热的梯度影响在器件之间的分布比较均衡。placement around a common central point我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它

19、放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design24四方交叉法四方交叉法是将需要匹配的两个器件, , 尤其适用于两个 MOS器件。采用四方交叉法可以进一步发挥共心的技术优势。必须总是一个才是真正的四方交叉，一个或者四个器件不能进行四方交叉。Cross-quading technique. Split devices in half and place cross-corner to each other. Only works for exactly two devices.我

20、吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design25metal and poly interconnections are more complex我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design26cross couplingtiling (more sensit

21、ive tohigh-order gradients)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design27四方交叉里面包含了一种叫做经济型四方交叉经济型四方交叉, 这一方案可以采用A-B-B-A的共心技术。可以保证导线的寄生参数一致。 并且有良好的匹配、节省时间和空间。(P110)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school

22、of phyebasics of ic layout design28下面再介绍一种 (或其它器件) 的设计方法, 也同样是采用共心法原理。Common-centroid layout of four matched resistors (or elements)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design29Common Centroid Patterns:我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽

23、的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design30Matched interconnections:IR drop:V=IR我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design31Matched Metal Connection:我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我

24、的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design32 make differential logic identical是AIC中常见的结构,是一种的逻辑电路。 真正要实现电路的, 要保证, 也要充分考虑上面的相互。 无论是信号线的还是产生的都是我们必须认真考量的。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design33 make differential logic

25、 identical 在差分逻辑中,具有高度匹配的路径长度和连线导线是关键,。我们经常在设计版图过程中发现其中的一条需要与另外一条匹配的信号线被其它的器件或连线挡住了, 从而造成两条线路的长度不同, 因此破坏了匹配的要求。通过波形分析我们也可以清晰的看到异样,所以我们要尽可能保证。（图5-23，P113）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design34 make differential logic identical 差分

26、结构的电路，比如运放的输入管，画图的时候不管画得多对称，生产出来还是会有一些不匹配的。这种工艺上的不匹配可以通过来减小或避免。是一种方法。这样，工艺上造成的不匹配，对于被切换的支路来说都是公平的，能达到高精度的匹配效果。缺点是引入了切换时钟，增加了噪声来源，增加了布局复杂度，增加芯片面积。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design35 match device width. go large ! minimum resis

27、tor width is 5 microns. minimum resistor length is 10 microns. 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design36 go large !大多数情况下我们都会采用的模拟器件, 但与此同时也会带来另外一个问题, 那就是,通常我们会尽可能,还有一种方法就是将 W/L较大的器件, , 保证器件在光刻时的程度一致, 如图所示:需要匹配的镜像电流源的两器件及其版图需要匹配的镜像

28、电流源的两器件及其版图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design37电流成比例关系的MOS管，应使电流方向一致，版图中晶体管尽量同向，开关管可以忽略。配置dummy器件，使版图周边条件一致，结构更加对称。在处理匹配性要求高的对管（如差分输入对管）时，采用交叉对称的结构比较好 。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school

29、 of phyebasics of ic layout design38（1）栅面积：匹配度与（S=WL）成；（2）栅氧层厚度：一般管子的；（3）沟道长度调制：管子的不匹配； （4）方向（orientation）：沿制作的管 子的，这就会影响管子； 把需要匹配的一组管子 ，避免因旋 转cell而产生的方向不匹配 。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design39a. contact孔、metal走线不要放在有源区内 ，如果

30、metal一定要 跨过有源区的话，就应该加入dummy 走线。 b. 最好把匹配管子放在远离深扩散边缘的地方，至少要两倍结深。 N-well属于深扩散，PMOS也要放在阱内距离阱边较远处。c. 尽量使用NMOS来作匹配管，因NMOS比PMOS更易达到匹配 。 d. 为避免由gradient引起的mismatch，采用conmmon-centroid layout同心结构，且尽量紧密 ，差分对可用cross-coupled pairs结构。 e. 匹配器件要远离功率器件摆放，大于50mw的就属于功率器件。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design40绘制左图所示电绘制左图所示电路的版图，其中路的版图，其中M1,2： W=100U、L=2uM3,4： W=50U、L=2U我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物school of phyebasics of ic layout design41