集成电路版图设计与验证
第六章 模拟电路版图
1
❖ 概述 ❖ 寄生参数 ❖ 匹配 ❖ 噪声问题
主要内容
2
6.1 概述
❖ 在模拟电路的版图设计中，设计规则不象数 字电路一样重要，但是也可以使用。
❖ 在高质量的数字电路中，其设计方法通常类 似于模拟电路，即所谓的全定制设计方法。
3
6.1.1数字技巧和模拟技巧的对比
现方法之一就是让那一部分导线尽量短，以 减少重叠。
15
6.2.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生电容
16
6.2.1寄生电容
❖ 二、选择金属层 ❖ 一般来说，最关心的寄生电容来自金属层与衬
底之间，因此，一般的经验是选择远离衬底的 金属层走线。 ❖ 但是这个经验也要与实际情况相结合来使用。 ❖ 还与工艺规则有关系，比如工艺规则所规定的 最小线宽，可能会使得高层金属的电容更大。 ❖ 例子
❖ 七、对电路技术理解程度的要求不同 ❖ 模拟电路版图设计比数字电路版图设计更需
要了解电路技术。 ❖ 如：电压、电流及相互关系 ❖ 差分对需要匹配等
8
6.1.2三个关键问题
❖ 一、问题1：这个电路是做什么用的 ❖ 电路的功能决定了下面的一些关键问题： ❖ 绝缘 ❖ 匹配 ❖ 布局 ❖ 均衡 ❖ 覆盖 ❖ 保护方法 ❖ I/O导线的位置 ❖ 器件分割 ❖ 平面布置
❖ 一、规模不同 ❖ 二、主要目标不同 ❖ 数字电路的目标：优化芯片的尺寸和提高集
成度 ❖ 模拟电路的目标：优化电路的性能、匹配程
度、速度和各种功能方面的问题。 ❖ 在模拟电路版图设计中，性能比尺寸更重要。
4
6.1.1数字技巧和模拟技巧的对比
❖ 三、团队工作方式不同 ❖ 在模拟集成电路的版图设计中，团队沟通更
加重要，例如，需要从电路设计者了解电路 需要的匹配、屏蔽、特定的器件防止方向等 信息。 ❖ 在整个的设计流程中，都要不断沟通，以保 证所设计的版图不仅功能正确，且性能最优。
5
6.1.1数字技巧和模拟技巧的对比
❖ 四、完成进度不同 ❖ 在数字电路设计中，芯片的绝大部分电路往
往在开始版图工作时，就已经完成。而模拟 电路则不同，电路设计和版图设计可能会同 时进行。
6
6.1.1数字技巧和模拟技巧的对比
❖ 五、创新要求不同 ❖ 与数字电路不同，模拟电路的版图设计重复
性不多，创新很重要。 ❖ 六、约束条件不同 ❖ 在模拟电路中，版图设计几乎没有什么规则，
最终的目标就是电路的性能。数字版图设计 中的规则可以选择，也可以不选择。
7
6.1.1数字技巧和模拟技巧的对比
28
6.2.2寄生电阻
29
6.2.2寄生电阻
30
6.2.2寄生电阻
31
6.2.2寄生电阻
32
6.2.2寄生电阻
❖ 并联布线：将上下层金属线重叠起来，形成 叠层结构，实际上是几层金属线的并联，相 当于加宽了导线。
33
6.2.2寄生电阻
34
6.2.3寄生电感
17
6.2.1寄生电容
18
6.2.1寄生电容
19
6.2.1寄生电容
❖ 不能仅仅采用普遍适用的方法，也并不是简 单地提倡让每一样东西都尽可能短和尽可能 小，应该根据电路的功能和可用的工艺来进 行选择。
20
6.2.1寄生电容
❖ 三、金属叠着金属 ❖ 在数字电路中，有一些关键导线对噪声非常敏感，
如果仅仅依赖工具自动布线，而不加干预，会产生 很严重的后果。 ❖ 在布线时最好绕过电路模块，而不是仅仅简单的在 它上面走线。 ❖ 应该让敏感的信号远离。 ❖ 因此再次说明了，版图设计人员在设计版图时，必 须与电路设计人员进行足够的沟通。
❖ 三、问题2b：大电流路径和小电流路径在哪 ❖ 电路中的各个部分所需要的电流大小是不同
的，因此导线宽度的要求也不同，要根据实 际需要进行设计。 ❖ 四、问题3：有哪些匹配要求
12
6.1.3双极性模拟电路
❖ 其规则比CMOS版图设计要简单，主要是器 件简单。
❖ 对模拟版图设计者的期望：不要太相信电路 设计者。
9
6.1.2三个关键问题
❖ 二、问题2a：它需要多大的电流 ❖ 所影响的问题： ❖ 器件的选择 ❖ 金属线尺寸的选择 ❖ 布置方案
10
6.1.2三个关键问题
❖ 例如，最小导线宽度的确定：根据工艺手册 （认识工艺规则）中查到的金属线的所能承 受的最大电流，计算某个器件中所需要的最 小线宽。
11
6.1.2三个关键问题
25
6.2.2寄生电阻
26
6.2.2寄生电阻
❖ 二、布线方案 ❖ 针对某一种要求，会有不同的布线方案进行
选择。P88~89的一个例子。 ❖ 经验：如果一段导线的压降大于10mv，就应
该与电路设计人员进行沟通。 ❖ 为了降低寄生电阻，可以选择较厚的金属，
其方块电阻较小。
27
方块电阻
❖ ohms per square，薄层电阻又称方块电阻，其定义为正方 形的半导体薄层，在电流方向所呈现的电阻，单位为欧姆每 方。简单来说，方块电阻（Sheet Resistance）就是指导电 材料单位厚度单位面积上的电阻值。简称方阻，理想情况下 它等于该材料的电阻率除以厚度。方块电阻有一个特性，即 任意大小的正方形边到边的电阻都是一样的，不管边长是 1m还是0.1m，它们的方阻都是一样，这样方阻仅与导电膜 的厚度和电阻率有关。方块电阻计算公式：R=ρL/S ，ρ为物 质的电阻率，单位为欧姆米(Ω. m)，L为长度，单位为米(m)， S为截面积，单位为平方米（m2），长宽相等时，R=ρ/h ， h为薄膜厚度。材料的方阻越大，器件的本征电阻越大，从 而损耗越大。
21
6.2.1寄生电容
22
6.2.1寄生电容
23
6.2.1寄生电容
24
6.2.2寄生电阻
❖ 一、计算IR压降 ❖ 当根据电流计算出来所需要的导线宽度后，
还有一项任务就是计算导线的电阻。如果导 线电阻过大，会导致过多的电压损失，在模 拟电路中，会产生很严重的后果。 ❖ 降低电阻的方法：导线加宽。
13
6.2寄生参数
❖ 三种主要的寄生参数： ❖ 寄生电容 ❖ 寄生电阻 ❖ 寄生电感
14
6.2.1寄生电容
❖ 各层金属线之间，以及金属线与衬底之间， 都会产生寄生电容。
❖ 对于高频电路，由于要求版图的电路速度高， 电容就会变得越加重要。
❖ 一、导线长度 ❖ 如果知道某些部分的布线寄生参数要小，实