文档介绍：东南大学
硕士学位论文
MOSFET失配的研究及应用——高性能CMOS电荷泵的设计
姓名:赵光永
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:吴建辉
20050312
摘要同一个芯片上相同发计的晶体管,其器件参数之间通常都存在着失配,如阈值电压和电导常数取K孀與ひ盏牟欢戏⒄购途骞艹叽绲牟欢纤跣。涠阅D獾缏返挠响越来越大,严重时会使电路的性能和成品率大大降低,因此在进行模拟电路设计时必须考虑工艺失配的影响。在数字电视调谐芯片中,为了提高频道的选择性,提高频率合成器的性能,需要设计电流精确匹配的电荷泵电路,为了提高电荷泵电路中电流源的匹配性能,需要选择一个失配模型并结合所采用艺的晶体管失配参数来估算电荷泵电路的电流失配性能。本论文首先介绍了骞艿缌魇涞睦丛春褪洳问奶崛》椒ǎ缓蠖缘鼻跋钟械各种骞艿缌魇淠P徒辛吮冉虾头治觯≡窳薖失配模型应用到电荷泵电路设计中去估算电荷泵的电流失配大小。本论文设计了一个高性能电荷泵电路,具体包括低压共源共栅电荷泵电路设计,偏置电路的设计,单位增益放大器的设计和测试电路的设计。在估算电荷泵电流失配时,为了将失配模型嵌入到仿真器中,本文设计了一个等效电路模型,仿真时只需要将网表中的晶体管用这个等效电路模型来替代,就可以直接用的眑治龆缘缏返牡缌魇湫阅芙蟹抡婀捞郑这个等效电路模型,对电路的失配性能进行了仿真估计。最后,基于准工艺完成了电荷泵电路设计和版图设计,给山了电荷泵电流测试方案,并完成了测试。测试结果表明,电荷泵的电流失配小于ィ耆ǹ梢月阆低车囊G螅⑶以赑失配模型误差允许的范围内仿真结果和测试结果是比较吻合的。关键词:电流失配,失配模型,失配参数,电荷泵,锁相环
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第一章引言课题的提出骞苁溲芯康姆⒄在一个芯片上相同设计的晶体管其器件特性往往表现出一些偏差,例如器件的闽值电压和漏电流等,这主要是由于工艺中的不一致性和~些随即因素的影响,这些偏差一般通称为艿氖洹薄随着工艺的不断发展,最小特征尺寸进入了深亚微米区,数字电路可以从断上升的工作频率上受益,但是也有一种担心就是失配会阻止工艺的发展,因为工艺的发展给模拟电路设汁带来了一些问题”>骞艿氖浞幢扔诰骞艿某叽纾虼耍孀啪骞艹寸的减小失配会越来越大,除非器件匹配性能随着工艺的发展也提高。因此,在应用新的工艺进行模拟电路设计,特别是精确模拟电路如偷缌髟吹纳杓剖保电路的设计和仿真阶段就需要比较精确的晶体管失配模型,而苌偬峁┚管失配的信息,因此建立比较精确且使用方便的晶体管失配模型变得十分重要”近几年来,世界的数字电视市场一直处于不断发展状态。目前,生产厂商丰要以欧美,日本以及韩国为主,现在大多数的数字电视主要指绞剑话谧笆值缡拥餍器。但是为了更好的发展数字电视产业,许多国家都逐步要求在电视机上安装数字调谐器。这一决定将极大的推动数字调谐芯片设计的发展。虽然目前,中国数字电视产业方兴未艾,但是发展前景看好,为此国家信产部确立了调谐器专用芯片及产品产业化专项,这对推动我国数字电视调谐器自丰知识产权是有相当重大意义的。工程中心主要承担了前端调谐专用芯片的开发和产品产业化的任务。在数字电视调谐芯片中,集成了电荷泵式锁相环作为频率合成器为混频器提供本振信号,由于在锁相环中电荷泵的电流失配对锁相环输出的假频效应影响非常大,假频增大会降低频率台成器的噪声性能,降低混频器的频道选择性,因此,为了提高频道的选择性,提高频率合成器的性能,需要设计电流精确匹配的电荷泵电路,为了提高电荷泵电路中电流源的匹配性能,需要对我们所采用工艺的晶体管匹配性能进行研究,而且得到的失配模型也可以用到其他模块电路的设计中。在公丌的文章中第一次出现的关于ひ掌ヅ涞难芯渴枪赜诘缛莸摹薄俊K婧笕妨⒘随机器件失配的原因用失配源和短的相关距离肫骷叽缈杀饶来描述。失配源在当时被认为是随机边界偏差,氧化层厚度和介电常数的随机波动。.”┱沽饲懊娴墓ぷ鳎5搅说缌髟吹钠ヅ溲芯俊K婊湓幢环治A讲糠郑壕部樗孀哦痰南喙鼐嗬和整体樗孀懦さ南喙鼐嗬。失配源对闽值电压的影响进一步确认为:表面态电荷密度和离子注入电荷密度。载流子迁移率的波动被认为影响电流系数。从工作在饱和区的晶体管的简单的平方律关系式,电流失配模型表示为晶体管沟道尺寸和沟道面积的函数。把芯苛怂婊呓缧в脱趸愫穸鹊贸隽艘桓雎┑缌髂P停渲兴婊вτ眯〉墓道电势的扰动来描述。得到的电流失配模型与得到的相同。.⋯的工作是对基本原理是一个贡献。在他的工作中,电流失配模型分解为闽值电压晶体管失配参数和电流系数晶体管失配参数。这样可以用不依赖于偏置的参数去描述电流失配。在其工作中还详细分析了