版图设计噪声与匹配

1、Match & Noise Virtuoso主要目标不同主要目标不同 DIC：优化芯片的尺寸和提高集成度；：优化芯片的尺寸和提高集成度； AIC：优化电路的性能、匹配程度、速度和各种：优化电路的性能、匹配程度、速度和各种 功能方面的问题。功能方面的问题。performancespeedmatchingsizeareaothersDIC和和AIC目标的对比目标的对比Why match 因为硅片上产生出来的图形尺寸不会与版图因为硅片上产生出来的图形尺寸不会与版图数据的尺寸完全的匹配，因为在光刻、刻蚀、数据的尺寸完全的匹配，因为在光刻、刻蚀、扩散和离子注入的过程中图形会收缩或扩张。扩散和离子

2、注入的过程中图形会收缩或扩张。图形的绘制宽度与实际宽度之差构成了工艺图形的绘制宽度与实际宽度之差构成了工艺的误差，所以版图的设计者必须保证所有的的误差，所以版图的设计者必须保证所有的匹配的器件对工艺不敏感，因此需要匹配。匹配的器件对工艺不敏感，因此需要匹配。电流镜（电流镜（MOS、电阻）、电阻） 用于分压的电阻（用于分压的电阻（AD/DA） 差分对管差分对管 电压电压/电流基准源电流基准源用于运放加用于运放加/减比例设置的电阻减比例设置的电阻 用于电流比例设定的电阻用于电流比例设定的电阻 需要匹配的器件需要匹配的器件器件要相互靠近摆放器件要相互靠近摆放使器件摆放在同一个方向使器件摆放在同一个方

3、向器件要保持同一个大小器件要保持同一个大小选择合适的中间值当根部件选择合适的中间值当根部件交叉器件交叉器件 共质心对称法共质心对称法 匹配寄生参数匹配寄生参数摆设虚拟器件将其围起摆设虚拟器件将其围起匹配规则匹配规则器件要相互靠近摆放器件要相互靠近摆放匹配规则匹配规则x,yx- x , y+ yx+ x , y- yy1y2x1 x2UpperLimitLowerLimit The closer between the two components, the more similar for these two components. The distance between the devic

4、es should be the same. In the small region, the characteristic curve can be viewed as “linear”.使器件摆放在同一个方向使器件摆放在同一个方向标准尺寸：标准尺寸： 20/5横向放置横向放置 20/4匹配规则匹配规则器件要保持同一个大小器件要保持同一个大小Two in seriesTwo in parallelFour in parallel匹配规则匹配规则选择合适的中间值当根部件选择合适的中间值当根部件Match for R1=4k R2=16kWhich one is better？匹配规则匹配规则阻

5、值居中阻值居中长度、宽度在精度范围内长度、宽度在精度范围内所占面积最小所占面积最小最窄2um，仅用于无需任何阻值精度要求的大电阻普通匹配34um高精度匹配56um有精度要求者，方块值最好在6个以上5060um左右为佳，太长易断宽度：长度：匹配规则匹配规则选择合适的中间值当根部件选择合适的中间值当根部件Match for R1=1k R2=100k匹配规则匹配规则选择合适的中间值当根部件选择合适的中间值当根部件交叉器件交叉器件 匹配规则匹配规则共质心对称法共质心对称法匹配规则匹配规则添加添加Dummy器件器件Dummy电阻的连接电阻的连接自身短接自身短接匹配规则匹配规则匹配寄生参数匹配寄生参数

6、！对精度要求极高的电阻！对精度要求极高的电阻应该使应该使contactcontact孔和孔和viavia孔带来的寄生电阻孔带来的寄生电阻以及由于金属走线带来的寄生电阻也对应成比例以及由于金属走线带来的寄生电阻也对应成比例需要精确匹配的器件之间的缝隙不应该用来走线需要精确匹配的器件之间的缝隙不应该用来走线 金属走线一般不应该大范围的从电阻上方跨过金属走线一般不应该大范围的从电阻上方跨过 匹配规则匹配规则匹配规则匹配规则Something Especial for MOS deviceSomething Especial for MOS device匹配规则匹配规则一些特殊的一些特殊的MOS管管请

7、注意请注意ring！Merged匹配规则匹配规则ImplantImplantSourceAsymmetryDrainABSourceDrainDrain匹配规则匹配规则一些特殊的一些特殊的MOS管管This one is better！M=1的两个器件进行匹配一般不要将其merge匹配规则匹配规则一些特殊的一些特殊的MOS管管Common Centroid Symmetry Layout（AB BA）M=2，merge栅、源接衬底电位网表修改版图设计者不得自行修改网表！匹配规则匹配规则一些特殊的一些特殊的MOS管管Common Centroid Symmetry Layout（AB/BA）Du

8、mmy Via器件未加Dummy匹配规则匹配规则一些特殊的一些特殊的MOS管管Common Centroid Symmetry Interdigitation Layout匹配规则匹配规则一些特殊的一些特殊的MOS管管Rules for noise如何获得一个安静的环境？如何获得一个安静的环境？选择一个安静的地段选择一个安静的地段请邻居把音响开小声点请邻居把音响开小声点回到自己的房间关好门窗回到自己的房间关好门窗请邻居回到房间关好门窗请邻居回到房间关好门窗在在floor plan中使噪声模块远离敏感模块中使噪声模块远离敏感模块降低信号摆幅降低信号摆幅用用guard ring将敏感模块包围起来将

9、敏感模块包围起来用用guard ring 将噪声模块包围起来将噪声模块包围起来Common Sense Noise Solution 衬底噪声衬底噪声 产生的原因：产生的原因： 源源/漏漏-衬底衬底PN结正偏导通，或者电源连线结正偏导通，或者电源连线 节点引入的串扰，使得衬底电位会产生抖动节点引入的串扰，使得衬底电位会产生抖动偏差。偏差。 解决方法：解决方法：A、轻掺杂的衬底，用保护环把敏感部分电轻掺杂的衬底，用保护环把敏感部分电路包围起来。路包围起来。Rules for noise 解决方法：解决方法：B、把把GND和衬底在片内连在一起，然后由和衬底在片内连在一起，然后由一条连线接到片外的全

10、局底线，使得一条连线接到片外的全局底线，使得GND和衬底的跳线一致，可以消除衬底噪声。和衬底的跳线一致，可以消除衬底噪声。C、场屏蔽作用：每个场屏蔽作用：每个BLOCK外围一层金外围一层金属，使每个单元模块用一电势，而且模块属，使每个单元模块用一电势，而且模块之间不相互影响。之间不相互影响。Rules for noise 不仅在噪声模块的外围打上一层隔离环，不仅在噪声模块的外围打上一层隔离环，而且在敏感模块的外围也打上一层隔离环，而且在敏感模块的外围也打上一层隔离环，这样能起到双重保护的作用。这样能起到双重保护的作用。Rules for noiseNOISEBLOCKNOISEBLOCKGua

11、rd RingNOISEBLOCKNOISEBLOCKRules for noise把噪声模块和敏感模块远离放置把噪声模块和敏感模块远离放置Guard RingRules for noiseGuard Ring对差分对及其他需要严格匹配的器件需要用其衬底环包围起来对差分对及其他需要严格匹配的器件需要用其衬底环包围起来CMOSCMOS工艺，每一个模块尽量都加上环进行保护工艺，每一个模块尽量都加上环进行保护BICMOSBICMOS工艺，对噪声模块和敏感模块加保护环工艺，对噪声模块和敏感模块加保护环噪声模块通常包括：大功率器件、数字开关部分、振荡器噪声模块通常包括：大功率器件、数字开关部分、振荡器敏

12、感模块通常包括：电压基准、电流偏置电路、运放敏感模块通常包括：电压基准、电流偏置电路、运放CMOSCMOS工艺（工艺（P P衬底），模块保护环应该打衬底），模块保护环应该打P P+ +接地电位接地电位功率管、基准保护环常做成两层结构：一层打功率管、基准保护环常做成两层结构：一层打P P+ +接地，一层打接地，一层打N N+ +接电源接电源保护环的电位不与器件内部电源相接，而是在保护环的电位不与器件内部电源相接，而是在I/OI/O端单独引出端单独引出Rules for noise！Guard Ring 必须封闭！必须封闭！应该采用后者Guard RingRules for noiseDecoup

13、led Power RailsQuietV+V-Noise大耦合电容大耦合电容 除非特别说明，该电容不必在版图设计开始时即确定大小、位除非特别说明，该电容不必在版图设计开始时即确定大小、位置，通常在版图最终拼整图时，利用置，通常在版图最终拼整图时，利用“边角余料边角余料”空隙画上即可。空隙画上即可。去耦供电策略去耦供电策略在供电金属线上放置一个很大的去耦电容。闯入供电金在供电金属线上放置一个很大的去耦电容。闯入供电金属线上的任何噪声首先被去耦电容吸收到接地线，只有属线上的任何噪声首先被去耦电容吸收到接地线，只有很少的噪声能越过这个电容进入电路很少的噪声能越过这个电容进入电路Rules for noiseStacked Power RailsM3M2M1GNDGNDVDD小电容小电容 层叠电源线和地线，会形成许多小电容层叠电源线和地线，会形成许多小电容对于高频噪声的泄放很有用对于高频噪声的泄放很有用 在做在做seal ring时，除非工艺方有特定要时，除非工艺方有特定要求，往往都做成电源线与地线层叠的形式：求，往往都做成电源线与地线层叠的形式：方便方便ESD走线走线增大寄生电容。增大寄生电容。Rules for noiseIndividual Power Rail干扰较大的模块和敏感模块需要从干扰较大的模块和敏感模块需要从I/O端单独