Desarrollo de modelos CMOS de esquina a partir de un modelo típico

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Estoy buscando el desarrollo de modelos CMOS rápido-rápido, rápido-lento, lento-rápido y lento-lento (FF, FS, SF, SS) de un modelo típico para un proceso CMOS maduro particular (por ejemplo, 0.25 um Tamaño mínimo de la característica y superior).

En general, en el pasado, me dieron un modelo CMOS con ganchos en su lugar que me permiten cambiar la esquina utilizada para la simulación sobre la marcha. Sin embargo, me he encontrado en una situación * en la que tengo el archivo modelo para un proceso CMOS particular con solo los parámetros típicos, y me gustaría, sistemáticamente , producir Los modelos de esquina del típico. No soy adverso a crear manualmente el archivo con mis manos y un editor de texto, y de otro modo hacer un poco de trabajo duro para que esto suceda. ( Sin embargo, no estoy buscando realizar mediciones físicas para realizar esta tarea .)

  

¿Cómo se desarrollaría uno, sistemáticamente, modelos de esquina a partir de un típico   Modelo CMOS? Supongamos a los efectos de esta pregunta que el "nivel"   El modelo es tal que solo hay un puñado de parámetros que   necesita ajustes.

Me doy cuenta de que muchos de los detalles más precisos de cómo hacer esto de manera efectiva / correcta / etc. dependerán de la tecnología de fabricación real, los tipos de circuitos que se simulan (estoy interesado en simular amplificadores analógicos junto con el típico los atributos de rendimiento que lo acompañan, como la ganancia, la velocidad de giro, el margen de fase, el swing de salida, el ICMR, etc.), pero estoy buscando una guía general, de buena regla de oro.

En particular, si ayuda a reducir un poco el enfoque de esta pregunta, busco desarrollar modelos de esquinas a partir del modelo típico para los siguientes parámetros del modelo SPICE CMOS: VTO, KP, GAMMA, LAMBDA, PHI, MJ, MJSW, CGBO, CGSO, CGDO, CJ, CJSW, LD, TOX

Un ejemplo de lo que busco:

Supongamos que el VTO para un dispositivo NMOS típico en una tecnología CMOS madura es de 0,6 V. ¿Cómo puedo ajustar el VTO para la esquina rápida de NMOS? ¿Qué tal el lento?

Me gustaría poder desarrollar valores de parámetros de modelo rápidos y lentos para todos los parámetros que enumeré anteriormente de manera similar a la de mi ejemplo de VTO anterior.

Comentarios como "¡Solo obténlo de la fab!" o algunos de ellos no son útiles para mí y, por lo tanto, serán ignorados. :-)

* Para motivar un poco más mi pregunta:

Enseño en un laboratorio de electrónica, e incorporo un modelo CMOS típico para un proceso maduro para un proyecto de diseño de amplificador. No tengo los modelos de esquinas para este proceso en particular. Lo que quiero hacer es modificar el modelo típico para desarrollar esquinas de modo que mis alumnos también puedan ver el efecto de las variaciones de esquinas durante el ciclo de diseño. Ya he dedicado algo de tiempo a mi diseño y no quiero tener que rehacerlo con un nuevo conjunto de modelos, por lo que pensé que le pediría una guía de la regla del pulgar; por ejemplo, Cgs sube un X%, Vt baja un Y%, etc.

    
pregunta Mad Jack

1 respuesta

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Haré un desvío rápido para señalar algunas fallas en la pregunta:

  • Un proceso maduro implica que han estado ejecutando wafers en esa línea durante años, incluidas las pruebas de preproducción. Es difícil creer que la fundición no haya obtenido datos estadísticos sobre los dispositivos que están dispuestos a compartir con los usuarios (que estarán bajo una NDA).
  • El diseño analógico no se beneficia del concepto de esquinas del proceso tanto como lo hace el diseño digital. Alguna variación es mejor que ninguna, pero ciertamente no es una cobertura completa.

Sin otra información de la fundición que no sea un modelo típico, todo lo que puede hacer es identificar qué tan sensible es su diseño a varios cambios de parámetros, no para estimar realmente el rendimiento potencial. Aunque los modelos de esquinas son mejores que nada para el diseño analógico, realmente desea poder ejecutar el análisis de Monte-Carlo con opciones para incluir desajustes locales. Además, las esquinas son difíciles de aplicar a las capacitancias y resistencias en el chip, ya que "el peor de los casos" depende de su circuito.

Para entender lo que implica la variación del proceso, utilicemos el ancho y la longitud del transistor como punto de partida. Estos parámetros se fabrican con una tolerancia particular (que la fundición debe saber). Foundry A puede sintonizar su litografía de modo que en su hipotético proceso de 0.25µm podría esperar una tolerancia de ± 0.02µm en el transistor W y L. Foundry B podría tener una variación de W y L que tenga un sigma 3 de ± 0.05µm. Cada parámetro tiene cierta tolerancia en función de la concentración de dopaje, la alineación de la máscara o el grosor de la capa, y suele ser más fácil atacar el problema desde esa perspectiva.

Si su fundición no le avisa (y no puede cambiar a una fundición real con información real), entonces simplemente está adivinando la extensión de la variación. Su "peor caso" podría ser una fracción de la variación real, o muchas veces mayor. Es por esto que obtendrás la respuesta de "Ve a preguntar a tu fundición".

También vale la pena mencionar que hay diferentes clases de variación. La variación de oblea es generalmente la mayor, seguida de la variación de la misma oblea, seguida de dos transistores uno al lado del otro. La variación local suele ser más baja que en otros niveles, por lo que su entrada de par diferencial único puede tener una variación baja en comparación con dos canales de entrada diferentes en un chip ADC grande.

Su modelado depende de su entorno de diseño de circuitos y de su comodidad al hacer archivos de modelos. Suponiendo que ni siquiera toque los archivos del modelo, podría crear un subcircuito SPICE para ajustar el modelo. Probablemente pueda obtener la mayor parte de la variación de primer orden si modela el desplazamiento Vt, la variación de movilidad del conductor y la tolerancia W / L. Dependiendo de su topología, la capacitancia y las fugas también pueden ser importantes. A continuación se muestra un ejemplo de subcircuito que podría usar para ajustar los peores escenarios.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

La modificación de W, L y VT le permite obtener variaciones sin abrir los archivos de modelo. Ciertamente, puede hacer modelos que estén listos para Monte-Carlo, que incorporen variaciones estadísticas en cada dispositivo, pero eso es una buena cantidad de trabajo. Intente simplemente tener una fuente de voltaje en serie con cada compuerta, y varíe eso para obtener su variación Vt.

    
respondido por el W5VO

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