Лекция 7 Компонентное проектирование Подумать только, что из-за какой-то вещи можно так уменьшится,что превратиться в ничто

Льюис Кэрролл, «Алиса в Стране чудес»

В интегральных микросхемах компоненты (резисторы, диоды, транзисторы, межсоединения и другие) разрабатываются в одном технологическом процессе и функционируют в сильной электрической и физической взаимозависимости друг от друга. В силу этого САПР компонентов ИС несёт двойственную функцию. С одной стороны, она используется для отработки приборно-технологического базиса ИС, позволяя спроектировать библиотеку компонентов для создания серии микросхем. С другой стороны, на маршруте проектирования отдельной микросхемы она позволяет учесть взаимовлияние компонентов, определяемое топологией кристалла и электрическое взаимовлияние, определяемое принципиальной электрической схемой.

На данном этапе решаются следующие основные задачи:

• Рассчитывается физическая структура ИС для заданной последовательности технологических операций с заданными параметрами, проводится оптимизация параметров технологического процесса с целью получения требуемой физической структуры;

• Уточняются параметры полученной структуры;

• Синтезируются аналитические модели диффузионных структур, схемотехнические, и аналитические модели компонентов, внутрисхемных соединений, статистические модели (устанавливаются законы распределения) компонентов;

• Выполняется идентификация параметров сосредоточенных, а также секционных и распределённых электрических моделей компонентов и межсоединений;

• Проводится оптимизация физической структуры и топологии компонентов.

Новый технологический процесс разрабатывается, если полученные параметры не удовлетворяют требованиям ТЗ.

Результатом компонентного проектирования схемотехническая и топологическая библиотечная модель.

Пример: Структура и топология МОП-транзистора с алюминиевым затвором и индуцированным каналом n-типаприведена на рис.7.1.

Рис.7.1. Структура и топология МОП-транзистора с алюминиевым затвором и индуцированным каналом n-типа:а– структура МОП-транзистора;б – топология МОП-транзистора

Структура и топология МДП-транзистора приведена на рис.7.2.

Рис.7.2. Структура и топология МДП-транзистора

Топология и структура биполярного транзистора приведена на рис.7.3.

Рис.7.3.Топология и структура биполярного транзистора

Заметим, что биполярный транзистор окружён изолирующей областью (охранным кольцом). Топология библиотечного транзистора строго фиксирована.

Для МОП (МДП) –транзистора на этапе схемотехнического моделирования допускается варьирование длиной и шириной канала, а на этапе топологического проектирования допускается изменение топологии. Кроме того, МОП-транзисторы не требуют охранных колец.

Лекция 8

Основные виды схемотехнического анализа ИС.

Методы моделирования

План, что и говорить, был превосходный, простой и ясный, лучше не придумать. Недостаток у него был только один: было совершенно неизвестно,

как привести его в исполнение.

Льюис Кэрролл, «Алиса в Стране чудес»

• Статический анализ (анализ по постоянному току)

При анализе статических характеристик схемы рассчитываются электрические характеристики элементов принципиальной схемы (токи и напряжения на них, потенциалы узлов схемы) в отсутствие изменения входных сигналов, т.е. определяется так называемая «рабочая точка» схемы.

• Анализ переходных процессов

Анализ переходных процессов выполняется с целью определения задержек прохождения импульсных либо гармонических сигналов заданной формы и с заданными параметрами по цепям схемы, а также для определения искажения формы этих сигналов.

• Частотный анализ

Этот вид анализа выполняется с целью получения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и фазо-частотных характеристик (ФЧХ). Применяется, главным образом, при моделировании радиоприёмных и радиопередающих схем.

Перечисленные виды анализа относятся к классу одновариантных.

• Параметрическая оптимизация

Параметрическая оптимизация электронной схемы заключается в определении совокупности электрических параметров компонентов, при которых выходные параметры схемы удовлетворяют требованиям ТЗ.

• Статистический расчёт

Статистический расчёт ИС– это расчет вероятности того, что вектор выходных параметров X, заданный параметрами{x₁, x₂, x₃, …, x_n}, находится в области работоспособности схемы. В основе статистического расчёта лежит учет влияния технологического разброса параметров компонентов схем на выходные параметры.

Процедура статистического расчета заканчивается выдачей документации, которая содержит принципиальную электрическую схему, номиналы и типы компонентов, статические и динамические характеристики, рекомендации по разработке топологии ИС и браковочные нормы на электрически измеряемые параметры ИС для контрольно-измерительного оборудования.