從頭到尾構(gòu)建混合信號(hào)高集成度系統(tǒng)(SoC)的步驟(6):布局

　　Dave：我們可能知道這個(gè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程，但有些事情是可變的：金屬層的數(shù)量可能變化，為了得到一個(gè)高阻值的電阻我們可能需要做另外一次的植入和掩膜步驟。另外還可能有一個(gè)在軟件中自動(dòng)布局的大數(shù)字電路區(qū)。所以每個(gè)項(xiàng)目都有一個(gè)不同的組合。

　　Tamara博士：我想成本會(huì)隨著層數(shù)的增加而上升，那么我們?yōu)槭裁词褂帽确秸f(shuō)四層而非三層金屬層。

　　Dave：這取決于芯片。如果我們有更多互連層、更多金屬層，那么數(shù)字電路封裝的尺寸就要小得多。所以，如果數(shù)字區(qū)很大，那么多加一層金屬會(huì)使芯片更小，其效益足以彌補(bǔ)附加層的成本。

　　Tamara博士：所以該工作是為了優(yōu)化整個(gè)工作而不只是層數(shù)。

　　Dave：是。事情總是這樣。

　　Tamara博士：還有沒(méi)有其他事情與此類似?你提到了需要另一個(gè)植入步驟來(lái)得到一個(gè)高阻值的電阻。你能否使用較低阻值的電阻和串聯(lián)多個(gè)來(lái)獲得你要的高阻值電阻。

　　Dave：能行。但如果電阻面積增加，它會(huì)增加寄生電容并可能使高頻電路性能下降。同時(shí)始終存在成本權(quán)衡：高值電阻占用面積小，在一些特別的設(shè)計(jì)中可以節(jié)省足夠多的硅片面積來(lái)補(bǔ)償附加植入步驟所產(chǎn)生的成本。

　　Tamara博士：面積似乎常常被提到。我想它是設(shè)計(jì)最基本的約束條件和成本動(dòng)因之一。那么這些器件的相對(duì)大小如何。CMOS晶體管與電阻或電容比較起來(lái)怎樣?

　　Dave：我要給你一個(gè)典型的工程學(xué)答案：這取決于其他條件。晶體管可非常小，在數(shù)字設(shè)計(jì)中通常是這樣。但在模擬設(shè)計(jì)中，一對(duì)晶體管需要匹配，這意味著它們需要是大尺寸，或至少足夠大。電阻尺寸可以小到典型模擬晶體管的尺寸和大到芯片晶圓面積的一半，這取決于設(shè)計(jì)。作為比較，1k-10k電阻是幾個(gè)典型模擬晶體管和幾十個(gè)數(shù)字晶體管的尺寸……大致是這樣。電容尺寸大，可以說(shuō)是太大。我根據(jù)RC和有源放大器構(gòu)建了許多濾波器，電容是模塊中最大的元件完全不是什么不尋常的事情。你還記得741運(yùn)算放大器嗎?

　　Tamara博士：當(dāng)然。常用的單位增益穩(wěn)定741：我使用了成百個(gè)此種放大器。

　　Dave：嗯，741運(yùn)算放大器中的單個(gè)最大器件是30pF補(bǔ)償電容。

　　Tamara博士：有意思。所以你想不使用電容。

　　Dave：不使用多余的電容。

　　Tamara博士：你提到了匹配。似乎像提到面積一樣多。這怎么處理?

　　Dave：許多電路性能都依賴于值的比率而非絕對(duì)值。例如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和帶隙基準(zhǔn)等。在這些模塊中，我們想讓關(guān)鍵值是彼此的整數(shù)倍。我們通過(guò)使用單位元件來(lái)做到這一點(diǎn)：我們構(gòu)建電阻、電容甚至大晶體管，作為通用小元件的集合。這樣，我們知道R2是R1大小的10倍，因?yàn)镽2是10個(gè)單位R1串聯(lián)起來(lái)的，而R1只是其中一個(gè)。請(qǐng)看圖 2?！　?/p>

 

　　Tamara博士：哇!這樣，我們知道它是完美的……

　　Dave：不完全是。芯片發(fā)熱可能不均勻，所以電阻中的所有元件可能并不全是同一溫度，這會(huì)使它們不匹配。我們用幾何學(xué)方法解決該問(wèn)題。例如，在帶隙電路中，我們可能想讓一個(gè)晶體管是另一個(gè)晶體管的8倍。所以我們先在芯片上放一個(gè)晶體管，然后在它周圍放8個(gè)完全相同的晶體管。這樣，如果整個(gè)模塊有溫度差異，一些器件的溫度可能稍高，一些可能稍低，但周圍8個(gè)器件平均下來(lái)會(huì)幾乎與中央器件一樣。我們稱之為公共質(zhì)心方案。有許多與此相似的訣竅。

　　Tamara博士：看來(lái)這要等到下次來(lái)討論了。但至少我們“清理”了你的咖啡。真是夠亂的，是不是?

　　Dave：是。嗨，謝謝你停下來(lái)幫我……下次也許我們可以擦一擦我的窗戶!(全文完)