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2 MOS MOSCAP FMOM High-R Inductor
2.1 MOS管電容
2.2 FMOM金屬插指結構
2.3 MOS作輸入電阻High-R Rin
2.4 MOS驅動和電感
3 RF-MOS實例參數(shù)
4 Muti-Finger設置
5 NGCON的含義
5.1 ngcon模型用法
6 sobn/sobs/sobw/sobe使用
7 flicker noise閃爍噪聲
簡介
1)溝道電阻產生的熱噪聲
3)降低1/f噪聲
7.1 noise_typical/worst/best
7.2 flicker noise統(tǒng)計庫
7.3 flicker noise corner
臺積電28HPCP 0.9V/1.8V 1.0 2p2射頻SPICE型號使用指南
整理:小頭菜籽
N28HPCP RF Model利用宏模型構建RF模型,基于BB邏輯模型,采用臺積電固定pcell布局,建立了射頻模型。用戶需要使用它與臺積電pcell更好的準確性。射頻型號有效頻率高達20 GHz或MOS截止頻率/無源器件的諧振頻率。
1封裝package2 MOS MOSCAP FMOM High-R Inductor2.1 MOS管電容兩端結構的mos管,電容值不精確,可以實現(xiàn)隨控制電壓變化而變 化的容值,上下極板接法不可互換。MOS管形成電容的主要原理,就是利用gate與溝道之間的柵氧作為絕緣介質,gate作為上極板,源漏和襯底三端短接一起組成下極板。電容的單位面積大小,與柵氧的厚度和介電常數(shù)有關。
NMOS的剖面圖
電容與柵壓的變化曲線
優(yōu)點:節(jié)省面積。
缺點1:MOS電容是“壓控電容”,當上下兩個極板的壓差發(fā)生變化,容值也會跟著改變,這在要求高精度的電路中,幾乎是致命的。微弱信號采集的前端模擬電路中,不適合使用。
缺點2:MOS電容的耐壓特性很差。這是因為它的絕緣介質使用了柵氧,柵氧較薄。5V能承受的電壓在5V附近,1.8V能承受的電壓在1.8V附近。而金屬電容,有的卻可以承受幾十伏的高壓。電路設計中,為盡量避免電源與地之間使用MOS電容去耦。
2.2 FMOM金屬插指結構MOM電容是主要利用同層金屬的插指結構來構建電容,如圖所示。在圖中,同側不同層金屬可以僅用Via連接,來增加單位面積電容,不需要增加新的工藝,與金屬連線制作相同。這樣,9層金屬都用上,可以增加約9倍電容值;而對于MIM結構來說,9層金屬只能增加約一半4倍(奇數(shù)層和偶數(shù)層”一正一負“)。
插指結構
優(yōu)點:高單位電容值,低寄生電容,對稱平面結構,優(yōu)良RF特性,優(yōu)良匹配特性,兼容金屬線工序,無需增加額外工序。正因為如此,在先進CMOS制程中,MOM電容已經(jīng)成為最主要的電容結構。在28nm工藝中,固定電容只有唯一的MOM形式。
2.3 MOS作輸入電阻High-R RinMOS管柵極有極高的輸入阻抗。
有源電阻:MOS管的適當連接使其工作在一定狀態(tài)(飽和區(qū)或是線性區(qū)),利用其直流電阻與交流電阻可以作為電路中的電阻元件使用。
MOS二極管作電阻:MOS二極管是指把MOS晶體管的柵極與漏極相互短接構成二端器件,如圖所示。
由上圖可知,MOS二極管的柵極與漏極具有同的電位,MOS管總是工作在飽和區(qū),根據(jù)飽和薩氏方程可知其轉移特性曲線(漏極電流一柵源電壓間的關系曲線)如下圖所示。
2.4 MOS驅動和電感一般認為MOSFET是電壓驅動的,不需要驅動電流。然而,在MOS的G S兩級之間有Cgs結電容存在。驅動線路走線會有寄生電感,而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路,如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話,在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩,導致MOS管急劇發(fā)熱甚至爆炸,一般的解決方法是在柵極串聯(lián)10歐左右的電阻,降低LC振蕩電路的Q值,使震蕩迅速衰減掉。MOS管柵極高輸入阻抗的特性,一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通,所以建議在MOS管G S之間并聯(lián)一個10K的電阻以降低輸入阻抗。
3 RF-MOS實例參數(shù)N28工藝參數(shù)。
4 Muti-Finger設置N28工藝的連接。
在設計中, 通常會考慮將W/L較大的MOS管拆分為多 finger的MOS管, 這里除了模型中的 W, L的限制之外,也有一些其它的考慮。假設有一個 W/L較大的 MOSFET,此時的柵電阻以及對應的寄生電容都較大,因此在實際設計中會將其設為多 finger 的結構。
從下圖可以看到,將其拆分為 finger=2 的 MOS 管后,對應的漏端的結電容 Cdb由 Cj*W*LD 變?yōu)?Cj*W/2*Ld,也即減小了一半。
需要注意的是,當 finger為偶數(shù)時,源漏對襯底的耗盡電容是不一樣的,可以將較大電容的一端靠近地或電源(即取為源端),這也是上圖中所示的 S/D 的選擇。
關于設置 finger數(shù)目的另一個考慮是柵電阻的大小,考慮到柵電阻實際會引入噪聲,需要使得柵電阻的噪聲遠小于 MOS 管噪聲,這一要求很多情況下會要求在設置 MOSFET finger 數(shù)時保證 W/L< 20 , 在實際中也常使得 W/L<10, 如下圖所示。
5 NGCON的含義 5.1 ngcon模型用法6 sobn/sobs/sobw/sobe使用這些實例參數(shù)將由LVS/PDK基于給定的RFpcell提取,但用戶可以將OD更改為G-R距離。modelcard中的默認值為RFpcell。
7 flicker noise閃爍噪聲 簡介 1)溝道電阻產生的熱噪聲電子在電阻中作隨機運動,因此電阻的兩端會產生噪聲電壓,這種噪聲電壓稱為熱噪聲。MOS晶體管的溝道具有電阻成分,所以會產熱噪聲。
如圖所示,MOS晶體管的熱噪聲可以用不含熱噪聲的MOS晶體管以及與柵極連接的電壓源束表示。這時,強反型的飽和區(qū)中MOS晶體管的熱噪聲用下式表示:
式中,R為波爾茲曼常數(shù)(1. 38X10-23.J/K);T為絕對溫度,△f為帶寬;gm為MOS晶體管的跨導。
所謂閃爍就是起伏的意思。閃爍噪聲與頻率的倒數(shù)(1/f)成比例,所以也稱為1/f噪聲。這種噪聲起伏的起因主要來自兩方面。
1.載流子數(shù)目的起伏。2.遷移率的起伏
NMOS晶體管中載流子的起伏是主要的,而PMOS晶體管中遷移率的起伏處于支配地位。不論哪種場合,1/f噪聲都與頻率f以及MOS晶體管的面積(W×L)成反比。但PMOS晶體管的l/f噪聲小
3)降低1/f噪聲同時考慮熱噪聲和1/f噪聲時,MOS晶體管的噪聲電壓可表示為:
(])增大MOS晶體管的面積(W×L)。
(2)對于電路的噪聲特性影響大的晶體管(例如差動放大電路的輸入差動對),采用PMOS晶體管。
(3)單位面積柵電容大的晶體管的l/f噪聲小。減薄柵氧化膜的厚度,有利于降低l/f噪聲。
7.1 noise_typical/worst/bestNoiseflags是MOS和電阻器件全局變化的參數(shù)。
使用“noise_typical”時,將包括典型閃爍噪聲模型。當使用“noise_worst”時,將包括最壞情況下的閃爍噪聲模型,當使用“noise_best”時,將包括最佳情況下的閃變噪聲模型。分別進行。用戶可以在使用文件中使用不同的庫來模擬閃爍噪聲。
請注意閃爍noise庫需要放在TTmacro_MOS_MOSCAP的后面,以防止redefne標志變回模型默認值)
7.2 flicker noise統(tǒng)計庫在usage文件中添加了名為“noise_mc”的庫來表示閃爍噪聲統(tǒng)計模型statistical library。
7.3 flicker noise corner增加了Total,可以在后布局模擬時提取Secret,以反映隨著設備面積的增加閃爍角的減少。
在布局后仿真中,實現(xiàn)了“Total_rf參數(shù),以支持在相同類型/尺寸的Poly&OD尺寸并行連接時,閃爍噪聲角的減小。
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