Расположение элементов устройства и их разводка

Топология с общим центром является самым распространенным видом согласования элементов. Этот вид согласования помогает минимизировать рассогласования, которые были вызваны градиентами. Если топология с общим центром собрана максимально компактно, то она становится менее восприимчивой к нелинейным градиентам. Наилучшая топология для МОП транзисторов сочетает точное выравнивание центров с компактностью.

Топология ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны №2, которая представлена в приложении 2, собрана в соответствии с топологическими правилами. Массивы элементов расположены симметрично относительно оси Y, все МОП-транзисторы выстроены друг под другом, что является схемотехнически верным(рис.25).

Рисунок 25 – Согласованное расположение массивов транзисторов в топологии №2

Конденсаторы организованы в единый блок с общим центром, транзисторы внутри дифференциальной пары и биполярных транзисторов согласованно замешаны, массивы элементов устройства расположены на максимально близком расстоянии к друг другу. Вокруг топологии располагается охранное кольцо, которое защищает схему от возможного влияния шумов по подложке.

Для того, чтобы максимально минимизировать возможные рассогласования в схеме, внутри дифференциальной пары разводка металлов осуществляется симметрично относительно оси Y.

Общее расположение массивов элементов выполняется шинами, ширины которых отличаются в зависимости от выводов элементов, которые они соединяют.

Площадь, занимаемая топологией №2, составляет 250*300 мкн.

Проведено моделирование паразитных элементов топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещенной зоны №2 методом Монте-Карло. Полученные результаты показаны в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты моделирования топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещенной зоны №1

Параметры моделирования	Минимальное значение	Максимальное значение	Среднее значение	Шаг
Напряжение ИОН при 27oC	1.223 В	1.23 В	1.277 В	1.555 мВ
Максимальное значение напряжения ИОН от -40 до 125оС	1.223 В	1.23 В	1.227 В	1.577 мВ
Минимальное значение напряжения ИОН от -40 до 125оС	1.218 В	1.226 В	1.223 В	1.791 мВ
Разница между минимальным и максимальным значением ИОН	3.524 мВ	4.773 мВ	3.929 мВ	300 мкВ
Ток потребления при 27оС	32.72 мкА	32.91 мкА	32.83 мкА	48.13 нА
Подавление помехи по питанию при 1 КГЦ	-49.26 дБ	-49.2 дБ	-49.23 дБ	12.48 мдБ

 

Сравнение результатов

В главах описанных выше проведено моделирование паразитных элементов двух вариантов топологий ИОН с использованием напряжения запрещенной зоны. Для того, чтобы исследовать, как влияет согласование элементов на полученные результаты, необходимо сравнить таблицы 2 и 3 с эталонными значениями из таблицы 1.

Составим таблицу 4, в которой сравним результаты моделирования паразитных элементов двух топологий по среднему значению.

Таблица 4 – Сравнение результатов моделирования схемы, топологии №1 и топологии №2.

Параметры моделирования	Среднее значение схемы	Среднее значение топологии №1	Среднее значение топологии №2
Напряжение ИОН при 27oC	1.224 В	1.678 В	1.277 В
Максимальное значение напряжения ИОН от -40 до 125оС	1.224 В	1.678 В	1.277 В
Минимальное значение напряжения ИОН от -40 до 125оС	1.219 В	1.674 В	1.223 В
Разница между минимальным и максимальным значением ИОН	4.844 мВ	6.12 мВ	3.929 мВ
Ток потребления при 27 оС	32.77 мкА	51.1 мкА	32.83 мкА
Подавление помехи по питанию при 1 КГЦ	-49.3 дБ	-55.2 дБ	-49.23 дБ

Сравнивая результаты из таблицы выше, мы наглядно видим, что результаты моделирования паразитных элементов топологии №2 близки к результатам, полученным для схемы ИОН с использованием ширины запрещенной зоны. Значения характеристик для топологии №1 почти в 1,5 раза выше эталонных значений. Хоть площадь топологии №1 на 10% меньше, чем площадь, занимаемая топологией №2, в качестве оптимального варианта для схемы ИОН с использованием ширины запрещенной зоны, был выбран второй вариант топологии. Так как она удовлетворяет своими выходными значениями и является топологически, верно, спроектированной.

Анализируя данные, полученные в результате исследований, можно сделать вывод, что рассогласование даже нескольких массивов элементов схемы, в данном случае дифференциальной пары и биполярных транзисторов, сделанных в пользу минимизации свободного пространства, сильно влияет на изготовление годных интегральных схем. Поэтому дизайнеру во время проектирования массивов элементов и разводки топологии, всегда необходимо учитывать правила согласования.

 

Выводы по главе IV:

1. Спроектирована топология ИОН с использованием напряжения ширины запрещенной зоны №2, в которой массивы элементов собраны с учётом правил согласования;

2. Выполнена экстракция и моделирование паразитных элементов топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещенной зоны №2 методом Монте-Карло;

3. В топологии №2 присутствует большое количество свободных пространств, которые появляются из-за необходимости расположения массивов транзисторов симметрично относительно оси Y;

4. Занимаемая площадь топологии №1 на 10% меньше, чем площадь занимаемая топологией №2;

5. Результаты моделирования схемы и топологии №2 по параметру напряжение ИОН при 27oC составляют 1.224 В и 1.277 В. Отличие между ними составляют сотые вольт, что является незначительным. Поэтому, можно сделать вывод, что топология №2 спроектирована верно;

6. Для того чтобы получать правильно спроектированные топологии, дизайнеру необходимо делать выбор в пользу согласованного расположения элементов внутри топологии с учётом всех правил симметрии.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной работы было спроектировано несколько вариантов топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны. Проведены экстракция и моделирование паразитных элементов, для того чтобы наглядно выяснить, как влияет согласование элементов на результаты выходных характеристик.

В эскизной топологии №1 транзисторы расположены в разных осях симметрии, массив конденсаторов разбит на 3 столбца, элементы внутри дифференциальной пары и биполярных транзисторов не имеют общего центра и не замешаны, за счёт этих изменений достигается минимально занимаемая площадь топологии. Вокруг всех блоков элементов присутствуют охранные кольца. Пустоты топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны заполнены специальной топологической сеткой. Основным недостатком данной топологии является рассогласованное расположение элементов.

Топология №2 создана с учётом всех правила топологического проектирования: массивы элементов расположены симметрично относительно оси Y, МОП-транзисторы выстроены друг под другом, конденсаторы организованы в единый массив, транзисторы и разводка металлов внутри дифференциальной пары сделаны симметрично. Вокруг топологии располагается защитное охранное кольцо, которое защищает схему от возможного влияния шумов по подложке. Основным недостатком данной топологии является: большое количество свободного пространства, которое заполнено топологической сеткой.

Общая занимая площадь топологии №2 почти на 10% больше, чем у топологии №1.

Исследование разных вариантов топологий позволяет сделать фактические выводы, основанные на результатах моделирования. Сравнивая оба варианта по среднему значению, можно наглядно увидеть, что результаты моделирования паразитных элементов топологии №2 близки к результатам для схемы ИОН с использованием ширины запрещенной зоны. Значения топологии №1 почти в 1,5 раза выше эталонных значений. На основании этого можно сделать заключении, что рассогласование элементов внутри массивов сильно влияют на выход годных интегральных схем.

Подводя итог исследования по выбранной теме дипломной работы, можно отметить, что выбор оптимальной топологической конструкции для схемы не является тривиальной задачей. Улучшая одни параметры схемы, там самым ухудшаются другие ее параметры. Поэтому перед топологом возникает вопрос в выборе тех или иных основных параметров, которые наиболее значимы для конкретной схемы. В данном случае, этими параметрами являются согласованность всех элементов топологии и симметричное расположение массивов вокруг общей оси. Это объясняет выбор топологии №2 в схеме ИОН с использованием ширины запрещенной зоны в качестве оптимальной.