北京大学集成电路原理与设计之二模拟教案buchong

1、北大微：模拟集成电路原理版图、设计补充（第30、31讲）授课教师：高: wgluMax GBW Ch. 11 # 1北大微：模拟集成电路原理本讲内容的带宽极限偏置电路的设计版图设计Max GBW Ch. 11 # 2北大微：模拟集成电路原理MOSFET的寄生电容Max GBW Ch. 11 # 3北大微：模拟集成电路原理MOSFET的截至频率fTC= 2 WLCW V，而g= m C，C= 3 fF / m 2GSoxmnoxdsatox3L= 3 mVdsatgmi= i时，MOSFET的截至频率f=GSDST2pC22pL2GSmm2mm2m= 60mA /V ，m C= 30mA /V

2、, 反推得mn = 20 10Hz，m p= 10 102299nCoxHzpoxVV320 109 0.2= 0.5m，NMOS : Vdsat = 0.2V，fT = 2 Hz 3.8GHzLmin6.28 0.25Max GBW Ch. 11 # 4北大微：模拟集成电路原理高增益vs高速Max GBW Ch. 11 # 5北大微：模拟集成电路原理非主极点的极限频率（1）Max GBW Ch. 11 # 6北大微：模拟集成电路原理非主极点的极限频率（2）Max GBW Ch. 11 # 7北大微：模拟集成电路原理高速Miller的设计（1）Max GBW Ch. 11 # 8北大微：模拟集

3、成电路原理高速Miller的设计（2）CL abCGS 6gm6gm6fTfTfnd1 1 1 8pC1 +pCab 1 +ab 1 + b 22bbLGS 6fTGBW 16Max GBW Ch. 11 # 9北大微：模拟集成电路原理GBW最大值与L的Max GBW Ch. 11 # 10北大微：模拟集成电路原理本讲内容的带宽极限偏置电路的设计版图设计Max GBW Ch. 11 # 11北大微：模拟集成电路原理折叠共源共栅Vb4Vb3Vb2Vb1Max GBW Ch. 11 # 12北大微：模拟集成电路原理偏置电路 NMOS=V=1+VtVhdsat 1Vb1GS1M 2、M 3体管后的晶

4、串联 M 23VGS 23、dVsat 23b1+ VGS 23= VVb 2VGS 2取 W1若M 1、M均3W /LL111W1，因此M 23的等效沟长N(+1)+ 1 L而M 2取1W1/NL1VN1L=dsat，V则dsat 3 = Vdsat，dsaVt=23N dsat设 Vdsat 1V= Vb1 + ( N +11) Vdsat-Vb 2W /L11b 2- dsaVt，所以N 3VVb16Max GBW 1Ch. 1 # 13北大微：模拟集成电路原理偏置电路 PMOS= Vb4-dd=-dsa-t 0VVddVVVGS 00thMV4 、GS 45、M串5 联后的晶体管 M

5、45dVsat 45W2/L2= Vb4- VGS 45+ VGS 5Vb 3、M5均取 W2W2/ML2若M 0L2取W2，因此M 45的等效沟长M(1)+ 1+ L而M 2M12LW /L22dsat 0V=dsaVt ， dsat =45dVsatVV =设dsat ，则Vdsat 5V M(-1)V-b4+M1Vdsatb 3b4- dsaVt，所以M 3VVb 36Max GBW 1Ch. 1 # 14北大微：模拟集成电路原理Vb1Vb4的产生Max GBW Ch. 11 # 15北大微：模拟集成电路原理本讲内容的带宽极限偏置电路的设计版图设计 设计规则天线效应 减小栅电阻与漏寄生电

6、容 对称性设计Max GBW Ch. 11 # 16北大微：模拟集成电路原理设计规则设计规则 最小宽度(width) 最小间距(spacing) 最小包围(enclosure) 最小延伸 extensionMax GBW Ch. 11 # 17北大微：模拟集成电路原理最小宽度 width掩模版定义的几何图形，其宽度必须大于某个值偏差：取决于光刻和工艺水平层厚度越小，该层允许的最小宽度也越小Max GBW Ch. 11 # 18北大微：模拟集成电路原理最小间距 sacin同层图形： 金属短路不同层图形：扩散区与多晶硅Max GBW Ch. 11 # 19北大微：模拟集成电路原理最小包围 encl

7、osure如N扩散区应被N注入区包围Cantact应被Poly或者Metal1包围在被包围图形周围留够余量Max GBW Ch. 11 # 20北大微：模拟集成电路原理最小延伸 extensionPoly在有源区外延伸工艺偏差确保边缘部分正常Max GBW Ch. 11 # 21北大微：模拟集成电路原理设计规则与版图Max GBW Ch. 11 # 22北大微：模拟集成电路原理本讲内容的带宽极限偏置电路的设计版图设计 设计规则天线效应 减小栅电阻与漏寄生电容 对称性设计Max GBW Ch. 11 # 23北大微：模拟集成电路原理天线效应刻蚀第一层会收集离子。，这层金属就像一根天线，面积越大，

8、收集的离子越多，击穿栅氧。图a解决：通过Metal2过渡。图(b)Max GBW Ch. 11 # 24北大微：模拟集成电路原理本讲内容的带宽极限偏置电路的设计版图设计 设计规则天线效应 减小栅电阻与漏寄生电容 对称性设计Max GBW Ch. 11 # 25北大微：模拟集成电路原理叉指晶体管图a：简单折叠，减小漏端电容图b：减小栅电阻Rg，使Rg1/gm低噪声应用：Rg为1/gm的1/51/10。以上Rg、gm为单个叉指管的参数Max GBW Ch. 11 # 26北大微：模拟集成电路原理叉指数目：奇数vs偶数叉指数目为偶数时漏区面积最小通常叉指数目为偶数Max GBW Ch. 11 # 2

9、7北大微：模拟集成电路原理叉指数目：偶数Max GBW Ch. 11 # 28北大微：模拟集成电路原理叉指数目较大时分成两排或多排防止的不成比例Max GBW Ch. 11 # 29北大微：模拟集成电路原理共源共栅电路的版图共源管与共栅一样的共源管的漏与共栅管的源连在一该节点无其他连接！不必提供contactMax GBW Ch. 11 # 30北大微：模拟集成电路原理本讲内容的带宽极限偏置电路的设计版图设计 设计规则天线效应 减小栅电阻与漏寄生电容 对称性设计Max GBW Ch. 11 # 31北大微：模拟集成电路原理差分对的对称C相对较好Max GBW Ch. 11 # 32北大微：模拟

10、集成电路原理注入的方向性图a更好Max GBW Ch. 11 # 33北大微：模拟集成电路原理使周围环境一致1、虚拟管（Dummy）2、Metal1应对称Max GBW Ch. 11 # 34北大微：模拟集成电路原理离子浓度梯度变化的影响沿梯度方向，M1、M2严重失配Max GBW Ch. 11 # 35北大微：模拟集成电路原理一维交叉耦合A图更好！为什么？Max GBW Ch. 11 # 36北大微：模拟集成电路原理共质心的版图布局Max GBW Ch. 11 # 37北大微：模拟集成电路原理共质心版图M1M2M2M1M2M1M1M2Max GBW Ch. 11 # 38北大微：模拟集成电路原理参考源的分布Circuit1、Circuit2等与MREF距离较远1、晶体管之间失配2、电源线的连线电阻3、栅电阻：噪声问题