一些Layout的問題

finster

我是以類比電路設計工程師的角度來回答幾個問題

* h2 I0 N5 w; A$ x2 p1.在LAYOUT時..直接用Metal2跨越一顆MOS上的每一層..(包含Poly, diff)會有什麼影響??

% M5 B5 _* w2 a6 E- p. j: h4 s基本上這要看類比電路的屬性以及電路設計者的角度來決定,因為惟有設計者才最知道那些電路是最靈敏且必需小心的,例如有些地方是絕對嚴禁作跨線的動作,如VCO電路,OP Amp的input端的元件等,有些如buffer,current source等,在必需有最小的chip area size的考量下,跨線就變成不得不為的妥協作法
故而,跨不跨線的決定權在類比電路設計者,如果chip出了問題,那類比電路設計者就要扛下所有責任,如果類比電路設計者要求layout作某些配合但layout卻沒有遵從,那chip出了問題就變成layout的責任了,所以,這種問題,還是問原設計者比較保險吧
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  K, W2 }  q1 Y3.在畫並連的BJT時,很多嚴討會的講義都會教說..畫成九宮格..或是正方形畫法.特別是在設計bandgap時,將BJT設計成8:1,layout時畫成九宮格..但是最近聽某個公司的主管說..這種話法並不是最好的..那請問哪種畫法比較好??

依照bandgap circuit的理論推導,所需的BJT顆數是9顆為最佳的理論基礎,而9顆的BJT的畫法之中,以正方法為最佳的畫法,故而在bandgap電路中才會有九宮格的畫法之說,所以,很多教科書並沒有提及為何bandgap電路的layout畫法中,BJT要畫成正方形,只交待要畫成正方形(九宮格)是最佳的,那是因為它省略了理論推導的緣故

finster

我是在一篇paper中看到的,不過這篇paper不知被我放在那裡了
! W; N0 j: B/ ^# b( r( G0 x. t另外,你所引用的教課書的公式應是Razavi那本"Design of Analog CMOS Integrated Circuits"中第13章的吧
書上是先決定BJT的顆數比,然後再求出相對應的電阻比例值,同時書上並沒有說明何者為最佳值
+ ^5 |5 c7 Y- x0 y我記得我看過的那篇paper是針對如何從現有的公式中,利用統計的數學運算式來決定出最佳化的bandgap電路
) z5 m6 c; B7 u; ]8 l  E其中有提到BJT的比例值為8:1,且BJT的size為emitter area=10*10um^2可得到最佳的溫度係數
然後依照這個比例值,再去決定相對應的電阻值,可設計出跟溫度幾近完全無關的bandgap voltage
所以,我看過不少其他家公司所設計的bandgap circuit,BJT的比例值為8:1,且size幾乎都是emitter area=10*10um^2,較少看到其他不同size的BJT
+ g9 R: b* K0 n) E' w8 [' O

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原帖由 blueskyinair 於 2007-9-5 02:27 PM 發表
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$ U9 A1 N+ p( D( w: t, C
4 m  ~$ c2 c5 M根據教課書的推導
Vref=A1*Vbe+A2*VT*lnN
dVbe/dT=-1.5mV/K
dVT/dT=0.087mV/K
6 q7 Q( c* S0 u假設Vref與T無關,且A1=1
推得A2*lnN=17.2
其中並沒有說9顆BJT為最佳,甚至教課書中以31顆做為範例
請問f大是在哪裡看到" ...

finster

我不確定現在TSMC或者UMC或者其他製程廠目前是否有提供BJT的 layout的Standard cell
! L, K- f3 S1 \4 ~不過,就我個人的了解以及在作HSPICE simulation時所知,製程廠會提供各種標準size的BJT layout guide line和相對應的BJT SPICE Model出來
使用者只要遵照製程廠所提供的layout guide line去畫BJT即可,並且製程廠會在LVS,DRC,ERC訂出相對應的commond file來check
另外,廠程廠會依照不同的BJT size作出不同的SPICE Model,所以在使用上只要呼叫其model name即可使用,例如UMC的0.5um SPICE Model
3 R- R# M: o) w7 N" J+ Rpnp3  : emitter area=3*3um^2
pnp5  : emitter area=5*5um^2
  J% n1 k" R& l& z8 dpnp8  : emitter area=8*8um^2
pnp10 : emitter area=10*10um^2
pnp15 : emitter area=15*15um^2
pnp20 : emitter area=20*20um^2
pnp30 : emitter area=30*30um^2
pnp40 : emitter area=40*40um^2
+ y+ ?- s. n% |+ s" v8 E% A選用不同的BJT size只要呼叫其相對的model name即可,如果說有8顆emitter area=10*10um^2的BJT,只要在後面加上M=8即可
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3 W. }8 j7 ^5 C7 Q7 u6 N! R

原帖由 blueskyinair 於 2007-9-7 12:25 AM 發表

3 E1 L! B5 n. ^0 Y6 _
謝謝你的資訊,我再搜尋一下IEEE看看能不能找到你所說的這篇PAPER
使用SIZE較大的BJT,個人認為是考慮到蝕刻或離子佈植時,SIZE越大,對整體的影響程度越小,與模擬結果越能相近
但請問
1.在layout時,是否都會 ...

finster

附件檔是我所找到的其中一篇,我節錄了其中一段下來,有興趣的可以看看
) e! t. S$ F$ x: h) U% m/ Z, DLaser trimming can be used to optimize the performance of bandgap voltage references, but it is a costly procedure. As a result, layouts on both BJTs and resistors should be well planned and designed so that consistent performance can be maintained with minimum need of trimming in mass productions. Better matching can be achieved by a common-centroid layout [6], [7]. In Fig. 4(a), there shows two matched BJTs in a ratio of 1:8 as shown. In the figure, N = 8 is chosen and all BJTs are placed closely. N, in fact, can be 24, 48 or even 80 as these integers can be used to obtain common-centroid structures. However, a large value of N is not preferred as the separation of devices increases, and this will introduce more errors. Moreover, as shown in (l), there is no significant increase on the ln(w fimction when N increases.

/ m# \. p. i( [/ Y! [至於另外一篇有探討到emitter area=10*10um^2的BJT的比較,因為年代有點久,我還得再找找,我印象中有幾組不同size的比較,至於有沒有比較出10*10比20*20甚或50*50的值,我不敢說有或者沒有
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: J/ |& s5 C; B1 @再回答一下問題
在我作過的Bandgap circuit中,曾下過UMC和MXIC以及Charter,在作post-sim時,抽完LPE的BJT參數和沒抽之前是一樣的,而這表示其實製程廠對於在CMOS製程裡對於BJT並沒有辦法作太多的寄生效應出來,所以所抽出來的LPE才沒有太多的參數,故而製程廠所提供的SPICE Model準不準就變成是一個很重要的課題了
  a! p' T! q8 g再者,在CMOS製程裡,主要元件為MOSFET,理所當然在MOSFET所抽出來的寄生效應會比較多參數可供參考,如果是在BiCMOS製程,我想BJT所抽出來的LPE參數應該會多很多吧
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最後,我曾和製程工程師以及一些資深電路設計者談過,在CMOS製程裡作出BJT,那是一種近似的BJT,而在Bandgap circuit中,我們要用的是BJT對溫度的變化,而不是BJT的電流特性,故而在設計Bandgap circuit中,所在意的是溫度與電壓變化對於Bandgap voltage所造成的影響有多少,所以,在SPICE Model中的BJT,主要看其溫度係數變化參數而不在意其電流增益,所以,很多BJT參數是可以被忽略不計的