模拟IC模块设计

第三讲模拟IC及其模块设计浙大微电子韩雁2010.3浙大微电子2/22内容1.模拟IC设计需要具备的条件2.模拟IC设计受非理想因素的影响3.带隙基准源的设计4.运算放大器的设计5.电压比较器的设计6.过温保护电路的设计7.欠压保护电路的设计浙大微电子3/221、模拟IC设计需要具备的条件•电路设计软件及模型–电路图绘制–电路仿真（验证）–SPICEMODEL（工艺）•版图设计软件及验证文件–版图绘制–设计规则检查（DRC）–版图-电路图一致性检查（LVS）•后仿真–寄生参数提取（Extract）浙大微电子4/22DRC验证文件(DesignRuleCheck)ivIf(switch(drc?)then；条件转移语句，选择是否运行drcivIf(switch(checkTechFile)thencheckAllLayers())；N阱规则检查ivIf(switch(nwell)||switch(all)then；条件转移语句，选择是否检查N阱drc(nwellwidth4.81.a:Minimumnwellwidth=4.8)；检查N阱宽度是否小于4.8umdrc(nwellsep1.81.b:Minimumnwelltonwellspacing=1.8)；检查N阱之间的最小间距是否小于1.8umdrc(nwellndiffenc0.61.c:nwellenclosurendiff=0.6)；检查N阱过覆盖N扩散区是否大于0.6umdrc(nwellpdiffenc1.81.d:nwellenclosurepdiff=1.8)；检查N阱过覆盖N扩散区是否大于1.8umsaveDerived(geomAndNot(pgatenwell)1.e:pmosdevicemustinnwell))；检查pmos是否在N阱内浙大微电子5/22LVS验证文件(LayoutVersusSch.)lvsRules(procedure(compareMOS(layPlist,schPlist)；比较MOS管的属性prog(()if(layPlist-w!=nil&&schPlist-w!=nilthenif(layPlist-w!=schPlist-wthensprintf(errorW,Gatewidthmismatch:%gulayoutto%guschematic,float(layPlist-w),float(schPlist-w))return(errorW)))if(layPlist-l!=nil&&schPlist-l!=nilthenif(layPlist-l!=schPlist-thensprintf(errorL,Gatelengthmismatch:%gulayoutto%guschematic,float(layPlist-l),float(schPlist-l))return(errorL)))return(nil)))浙大微电子6/22Extract（寄生）器件、参数提取文件•drcExtractRules(•ivIf(switch(extract?)then；定义识别层ngate=geomAnd(ndiffpoly)pgate=geomAnd(pdiffpoly)；提取器件extractDevice(pgatepoly(G)psd(SD)pmosivpcell)extractDevice(ngatepoly(G)nsd(SD)nmosivpcell)浙大微电子7/222、模拟IC设计受非理想因素的影响（1）•PVT(制造工艺、工作电压、环境温度)–P(制造工艺)•ttffsssffs五个工艺角–V(工作电压)•偏差士10%–T(环境温度)•民品（0°-75°C）•工业用品（-25°-85°C）•军品（-55°-125°C）N+N+P浙大微电子8/22模拟IC设计受非理想因素的影响（2）•寄生电感电容电阻的影响–互感–连线电阻–结电容、连线电容（线间、对地）浙大微电子9/223、带隙基准源的设计122BEBEVIRV11ln()BEtsIVVI22ln()BEtsIVVnI2ln()RtVIn323()ln()REFBEBEtVVIkRVkVn0)ln(3dTdVnkdTdVdTdVtBEREF令：推导公式如下：浙大微电子10/22带隙基准源温度特性ff54ppmtt13.2ppmss19.4ppm温温(°C)温温温温(V)浙大微电子11/22带隙基准源输出与电源电压关系温温温温(V)温温温温(V)ffttss浙大微电子12/22带隙基准源电源抑制比温温(Hz)温温温温温(dB)ssttff浙大微电子13/224、运算放大器的设计(差模输入输出)两级放大，共源共栅输入，共模反馈，Miller电容零极点补偿浙大微电子14/22带有共模反馈的运算放大器两级放大，共源共栅输入，共模反馈，Miller电容零极点补偿浙大微电子15/22运放的单位增益带宽与相位裕度浙大微电子16/225、电压比较器的设计•要求有较高的灵敏度。通常把比较器能有效比较的最低电平值定义为灵敏度。•要求有较高的响应速度。一般比较器的响应时间和它的转换速率及增益带宽有关。•要求有良好的稳定性。•要求有良好的工艺兼容性。浙大微电子17/22比较器的性能参数有：•灵敏度•输入失调电压•输入共模范围•输入偏置电流•输出驱动电流•输出电压•电源电压•静态电流•输出上升时间，输出下降时间，输出延迟时间•芯片面积指标实例：100nSdelaywith5mVoverdrive1uAcurrentconsumptionoperatingvoltageof5VRailtoRailOutputsVDDVSS浙大微电子18/22比较器及脉宽调制（PWM）原理当输出电平Vo为高电平时,可判定(Vi-Vref)0;当输出电平Vo为低电平时,可判定(Vi-Vref)0。浙大微电子19/22PWM电路Q3Q15Q9误差信号Q6Q2偏置电压Q4VcQ11Q10Q14Q17Q18锯齿波输入Q12Q5Q16Q8Q1Q13Q7浙大微电子20/226、过温保护电路的设计85℃对应的Q1的BE结导通电压为0.53V125℃对应的Q1的BE结导通电压为0.45V0.45V0.53VVBQ1=I1(R1+R2//RQ2)=0.45VVBQ1=I1(R1+R2)=0.53V低温--Q2导通高温--Q2截止浙大微电子21/227、欠压保护电路的设计当电路初启时，Vc增大，当Vc=5.7V时，Va大于基准电压，使比较器C2输出低电平。Vb也大于基准电压，使比较器C1输出高电平。经RS触发器等逻辑电路后输出高电平。电路进入正常工作状态。电路一旦进入正常工作状态，将应该允许工作电压有一个适当的波动范围4.7-5.7V.但当Vc降低时，欠压保护应起作用。当Vc低于设定下限4.7V时，Vb小于基准电压。Va也小于基准电压，那么C2输出为高电平，C1输出为低电平。这时，RS触发器等逻辑电路输出低电平，关断内部供电电路以及输出电路，起到欠压保护作用。浙大微电子22/22Thanks！