CMOS模拟集成电路设计(巢明)02.ppt

大连理工大学 电信学院 CMOS模拟集成电路设计 巢明 CMOS无源器件 课程目的： 掌握CMOS工艺中无源器件的生成方法 了解0.8um工艺中电容和电阻的基本性能 了解提高器件匹配精度的基本版图原则 掌握电容，电阻，二极管的噪声特性 模拟集成电路对电容的要求 良好的匹配精度 低的电压相关系数 高的目标电容和分布电容比 高的单位面积电容 低的温度相关性 CMOS无源器件 电容的种类与特性： 电容寄生参数 CMOS无源器件 集成电阻的种类 扩散电阻 多晶硅电阻 N阱（P阱）电阻 金属电阻 CMOS无源器件性能总结（0.8um） 减小失配的版图原则 使用单位匹配，并保持相同外围条件 减小失配的版图原则 同质心设计 减小失配的版图原则 连接随机排列的重复单元，用统计方式获得高精度匹配 减小失配的版图原则 保持电容的面积/周长比（为什么？） 电路中常见的噪声类型 人工噪声 工频噪声，射频干扰等 热噪声（Johnson noise） 由载流子的热运动产生 闪烁噪声（1/f noise） 随机捕获与释放的载流子 散粒噪声（shot noise） 由载流子越过能量势垒产生 电阻的噪声特性 有效噪声功率 能够传送给负载的最大功率 电阻热噪声的开路均方根电压 电阻闪烁噪声的有效噪声功率 二极管的噪声特性 二极管的散粒噪声 二极管的闪烁噪声 习题 某运算放大器性能如下：-3dB带宽1MHz，增益120dB，电源电压正负15V，输入电阻为无穷。欲放大内阻为100kΩ的信号源提供的信号。试判断能否正常工作。 习题 计算并联的两电阻R1和R2两端的热噪声均方根电压。 试证明，电阻与电容并联后，测得的热噪声均方根电压与电阻的阻值大小无关。 习题 观察闪烁噪声的公式。当频率趋近零（直流）时噪声电压趋近无穷大。如何理解这个问题？ 课后作业 2.4-1 54页 2.4-4 54页 2.6-1 55页 2.6-3 55页 CMOS集成电路截面示意图 CMOS集成电路SEM图像 * * CMOS无源器件 单位面积电容偏低，目标电容和分布电容比偏低 必须增加数次多晶硅工艺 下极板电阻率偏高，特性难于控制 增加一次注入工艺，对衬底电容与电压相关 作为寄生电容存在于阱区与衬底之间 与数字工艺衔接较好，电压系数低 Metal-Metal电容 高性能电容的最好实现方法 Poly-Ploy电容 单位面积电容高，匹配特性好，不要求特殊工艺与掩膜 积累MOS电容 单位面积电容高，匹配特性好 标准MOS电容 PN结电容 上极板寄生电容0.01－0.001期望电容 下极板寄生电容0.05－0.2期望电容 如何计算表面电阻率 ？ 10k ppm/V 8000 ppm/oC ---------- 1-2 kΩ/□ N阱电阻 100 ppm/V 1500 ppm/oC 0.4% 20-40 Ω/□ 多晶硅电阻 200 ppm/V 1500 ppm/oC 0.4% 50-80 Ω/□ N＋扩散电阻 200 ppm/V 1500 ppm/oC 0.4% 80-100 Ω/□ P＋扩撒电阻 ---------- 1.5% 0.021-0.025 fF/um2 Metal-Metal电容 50 ppm/V 50 ppm/oC 0.05% 0.8-1.0 fF/um2 Poly-Poly电容 50 ppm/V 50 ppm/oC 0.05% 2.2-2.7 fF/um2 MOS电容 电压系数 温度系数 匹配 范围 元件 表2.4-1 36页 “50个左右的电阻单元可获得0.2％匹配度的电阻” 为什么圆形极板最好？ “除希望信号之外的一切信号” 广义噪声： 图片来自P.E.Allen的讲义 * * *