【《COMP电路元件模块的版图设计案例》2700字】

COMP电路元件模块的版图设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u15766COMP电路元件模块的版图设计案例 132151.1概述 1195311.2MOS管的绘制 2260631.2.1绘制PMOS管 2130661.2.2绘制NMOS管 3210451.3传输门版图设计 491091.1.1绘制反向器 462711.1.2绘制二输入或非门 5239531.1.3绘制施密特触发器 6179501.4差分对版图设计 7152621.5电流镜版图设计 826461.6电阻版图设计 967701.7电容版图设计 101.1概述本案研究的比较器是由电流镜、五管差分比较器、反向器、或非门、电容电阻以及施密特触发器等器件所组成，如图1.1所示，电源电压为5V，电流镜的输入电流为1uA，为上部分比较器电路提供550毫伏的电压，比较器输出为655毫伏的电压值，电流镜为下部分电路提供一个400毫伏到750毫伏的三角波，其周期为2u，施密特触发器起到一个迟滞作用，使所需要的数据更准确。标准单元，也被称作宏单元，它是整个版图设计的基础，它是将电路中经常所用到的单元进行统一的绘制，并且可以通过后期数据修改达到电路中所需要单元的版图尺寸，来方便单个器件版图的绘制与调取，为版图设计提供了很大的便捷。在绘制版图过程中，因为之前已经画好标准单元，所以只需要在绘制版图的时候，从单元库里调出之前所绘制好的基础单元，并且对其按照电路中的宽长比来进行修改其参数，随后将其调整好的单元直接使用，再根据其他单元进行总体的布局布线，为其绘制版图节省了大量的时间和提供了方便。其中吴玉平，张学连，陈岚，方山所写的“模拟电路设计中匹配器件组版图自动生成技术”中，向我们说明了“版图设计主要考虑如何优化芯片的尺寸，设计者可以选用自动布局”[5]。图1.1比较器结构电路图1.2MOS管的绘制1.2.1绘制PMOS管PMOS管，做在N阱上，沟道为N型，源级漏极为P型；如图1.2所示。90nm工艺层次包括：栅极（POLY），金属层（M1），N阱（NW），P阱（PW），过孔（CT），有源区（ACT），P+注入（PPLUS），阻挡层（NBL）,高压层（HVID）,TGO2；如图1.3所示图1.2PMOS管剖面图（a）PMOS版图结构示意图（b）90NM工艺PMOS版图图1.3NMOS管版图1.2.2绘制NMOS管NMOS管，做在P衬底上，沟道为P型，源级漏极为N型；如图1.4所示90nm工艺层次包括：栅极（POLY），金属层（M1），N阱（NW），P阱（PW），过孔（CT），有源区（ACT），N+注入（NPLUS）,P+注入（PPLUS）,阻挡层（NBL）,高压层（HVID）,TGO2；如图1.5所示。图1.4.NMOS管剖面图（a）NMOS版图结构示意图（b）90NM工艺NMOS版图图1.5NMOS管版图1.3传输门版图设计1.1.1绘制反向器反相器的组成包括两个MOS管组成的一个简单逻辑电路，分别是一个PMOS管和一个NMOS管组成。结构是栅极相连作为信号的输入端，漏极相连作为信号的输出端来组成的一个电路；其作用是当给反相器一个输入信号时，输出结果将会与输入信号相反的一个信号。例如，当输入信号为高电平1时，因为PMOS管源端接高电平VDD，所以PMOS管不导通，反而NMOS管源端接低电平VCC，所以NMOS管导通，又因为NMOS管导通，所以输出信号为NMOS管的低电平0；相反当输入为低电平0时，输出则为高电平1，所以在本次课题中，多次用到了反相器等逻辑电路，所以对其进行学习与研究。如图1.5所示为反相器的电路图，其中反相器的版图为图1.6所示。图1.6反相器电路图图1.7反相器版图1.1.2绘制二输入或非门或非门:或非门(NORgate)是数字逻辑电路之中的基本元件。本次课题中所研究的为二输入信号的或非门，其组成为4个MOS管，其中包括2个PMOS管，2个NMOS管，PMOS管作为上拉网，采用串联的形式，NMOS管作为下拉网，采用并联的链接方式，其输出为上拉网与下拉网之间。当输入为低电平时，输出为高电平；输入为高电平时，输出为低电平，体现了逻辑功能的正确性[3]。下图为二输入或非门的电路图，如图1.7所示，以及二输入或非门90nm工艺的版图，如图1.8所示。图1.8二输入或非门电路图图1.9二输入或非门版图1.1.3绘制施密特触发器施密特触发器是一个包含正反馈网络的一个比较器电路，其工作原理是，给其电路一个输入电压信号，当这个信号比所给的阈值电压高，那个这个信号所输出的就是一个高信号；反之，当给这个电路一个输入电压比较低的时候，那么那他的输出信号就是一个比较低的信号；但是当给这个电路所输入的信号在阈值电压之间的时候，它所得到的输出信号是不会发生改变。那么根据上述分析，施密特触发器可以所示当所输出的信号是由高电位转换为低电位的时候，或者是由低电位转换为高电位的时候，他们所对应的阈值电压是不同的。一旦输入信号发生很大的变化时，输入才会发生改变，反之是不会发生改变。如图1.10所示为施密特触发器的电路图，及其图1.11所示为施密特触发器的版图。图1.10施密特触发器电路图图1.11施密特触发器版图1.4差分对版图设计差分对在电路中可以成为电路的核心，其组成是由两个完全相同的PMOS管组成，在电路上电后，经过电路反馈网络等，使其差分对两边栅极的电压一致时，达到稳定的状态，才开始正常工作，其中前期为建立时间。在对其差分对设计过程中，版图的设计对其差分对的性能影响是巨大的，所以对于差分对的版图匹配设计的要求也是尤为苛刻。根据上述所知，对其差分对的版图设计必须进行深入的学习与研究。下图为差分对的电路图，如图1.12所示，以及差分对90nm工艺的版图，如图1.13所示。图1.12差分对电路图图1.13差分对版图1.5电流镜版图设计给定一个参考的电流源，使其生成一路或者多条路的输出电流，为其他电路提供电流，并且输出电流与参考电流源成比例关系。下图为电流镜电路图，如图1.14所示，以及电流镜版图，如图1.15所示。图1.14电流镜电路图图1.15电流镜版图1.6电阻版图设计在本次课题设计中，电阻如图1.16所示组成，其中每个电阻的宽长比保持一致。在电阻的版图设计中，因为电阻在电路中其本质的作用是通过电路产生电压，并且通过电阻的调节产生电路所需要的电流大小，所起对其版图设计的好坏，直接会影响到最终形成电流的好坏。在对电阻的设计过程中，不仅仅需要考虑到电阻的匹配问题还要考虑到电路上的布线问题，因为电阻中的金属采用的是多晶硅Poly，在其电阻Poly上面布线，会产生寄生电容，所以在设计过程中需要避免这个问题，不要采用大量的走线和布线。其所绘制电阻的版图，如图1.17所示，采用共质心的方式，叉指状的布线等。其中布局由刘静，梁超，蒋强等人所写的“集成电路版图布局对电阻精度的影响”向我们介绍了“电阻可采用一字形布局方式，即其中一半单元横向放置另一半单元竖向放置的布局方式”[6]给了我布局的灵感。图1.16电阻电路图图1.17电阻版图1.7电容版图设计电容是一个以电场能的形式储存点能量的器件，它是由两个金属极，中间夹有绝缘介质所构成，其种类也分为很多种，例如布线电容、MOS电容等，不同的电阻在电路中所起到的作用也是不相同的，在此次绘制版图中我所采用的是一种MOS电容，M