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模擬設(shè)計(jì)中堆疊MOSFET介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2023-03-18 16:35:54
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模擬設(shè)計(jì)中堆疊MOSFET介紹
在28nm以下,由于最大器件長(zhǎng)度限制,模擬設(shè)計(jì)人員經(jīng)常要對(duì)多個(gè)短長(zhǎng)度的MOSFET串聯(lián)來創(chuàng)建長(zhǎng)溝道的器件。這些串聯(lián)連接的器件通常被稱為堆疊MOSFET或堆疊器件。
例如,將三個(gè)1μm的MOSFET串聯(lián)堆疊,可創(chuàng)建一個(gè)溝道長(zhǎng)度為3μm的有效器件(圖1)。
堆疊MOSFET 設(shè)計(jì)
圖1:將三個(gè)MOSFET串聯(lián)堆疊,可提供3μm的溝道長(zhǎng)度。
堆疊MOSFET在現(xiàn)代模擬設(shè)計(jì)中非常常見,但并不是沒有問題。其主要問題是電容增加以及面積更大。電容增加很大程度上是由于器件周圍的互連增加。
總柵極面積和總柵極電容與非堆疊等效電路相似,但在互連線上有額外的寄生電容。與單個(gè)長(zhǎng)溝道器件相比,堆疊器件的物理分離增加了總設(shè)計(jì)面積。
當(dāng)在電路中使用堆疊MOSFET時(shí),版圖質(zhì)量變得比平常更重要。不良的版圖設(shè)計(jì)會(huì)顯著增加寄生電容和設(shè)計(jì)面積,并可能使電路無法滿足期望的性能特性。
版圖設(shè)計(jì)工程師必須非常小心地設(shè)計(jì)這些器件的版圖。大多數(shù)從事于這些較小工藝節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)人員都經(jīng)歷過版圖前仿真和版圖后仿真非常不同的情況。通常,這歸因于堆疊器件上所存在的互連寄生效應(yīng)。
下面來看看幾種實(shí)現(xiàn)堆疊MOSFET高質(zhì)量版圖的方法。圖2中的子電路顯示了將四個(gè)NMOS MOSFET堆疊在一起而創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)溝道器件。
堆疊MOSFET 設(shè)計(jì)
圖2:將四個(gè)MOSFET堆疊,可創(chuàng)建一個(gè)長(zhǎng)溝道電路。
在這個(gè)電路中可以看到,所有的柵極引腳都是相互連接的(所有四個(gè)整體連接也是如此),也可以看到,所有的MOSFET都是通過將一個(gè)器件的漏極與下一個(gè)器件的源極串聯(lián)起來而連接在一起。
在這種情況下,由于每個(gè)器件都是簡(jiǎn)單的單指MOSFET,因此可以使用簡(jiǎn)單的擴(kuò)散分配版圖模式來設(shè)計(jì)這種結(jié)構(gòu)的版圖。
堆疊MOSFET 設(shè)計(jì)
圖3:將左邊的簡(jiǎn)單堆疊情況與右邊的等效長(zhǎng)溝道器件進(jìn)行比較。
簡(jiǎn)單堆疊情況的版圖如圖3左邊所示,可以看到它幾乎沒有額外的互連,因?yàn)榈刃У拈L(zhǎng)溝道器件(右邊)也需要一個(gè)多晶硅觸點(diǎn)。在這種情況下,面積不利顯著,但這是不可避免的,并且由多晶硅最小間距規(guī)則所決定。
這種方法的另一個(gè)問題是,非常長(zhǎng)的有效器件可能導(dǎo)致非常長(zhǎng)的擴(kuò)散分配鏈路。然而,可以將長(zhǎng)鏈折疊成多行,如圖4所示。但是,其代價(jià)是這增加了額外的互連,并進(jìn)一步增加了堆疊器件的電容。
堆疊MOSFET 設(shè)計(jì)
圖4:可以將長(zhǎng)鏈折疊成多行。
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