深亚微米CMOS混合信号电路衬底耦合噪声模型

作     者：王增 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨银堂

授予年度：2007年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：衬底耦合噪声 混合信号 电阻宏模型 可扩展电阻宏模型 深亚微米 

摘      要：随着大规模复杂SOC（System On Chip）的不断发展，衬底噪声对于SOC性能的潜在危害越来越大。近年来，对于衬底噪声的研究已经受到了广泛的关注。随着集成电路特征尺寸的进一步减小，综合水平的不断提高，衬底噪声已经成为了一个不容忽视的严峻问题。尤其是最近几年，不断提高的小型化技术和创新逻辑设计使衬底噪声问题从模拟和混合信号领域蔓延到纯数字设计领域。 本文对衬底噪声耦合现象及建模问题进行了系统的分析和研究，并采用电阻宏模型的扩展模型对衬底耦合噪声进行了初步的建模。研究衬底耦合噪声的目的就是为了减少其对电路的影响，本文最后从工艺、版图、封装、电路等方面讨论了抑制衬底耦合噪声的方法。 文章首先就衬底耦合噪声的产生机理进行了论述。从衬底噪声的产生、注入、在衬底中的传播和接收几个方面给出了对衬底耦合噪声的一个大致的了解。在了解了衬底耦合噪声的一般机理后，对其进行了数学推导，得出了有关衬底噪声的数学公式，该公式考虑了趋肤效应，以便做到在高频段建模时确保其准确性。 在做完上述工作之后开始对深亚微米混合信号的衬底耦合噪声建模。通过对目前比较流行的几种建模方法进行比较，了解了各种方法的优缺点。然后对目前最为流行的电阻宏模型进行了扩展，使电阻宏模型从一个理论模型上升到一个实际模型，使扩展后的模型能够处理不同宽度和几何形状的接触孔问题，并从单纯的两接触孔问题升级到多个接触孔问题。研究过程中通过二维器件模拟工具TMA—MEDICI对扩展后的模型进行了模拟，验证了模型的正确性和有效性。 研究衬底噪声的最终目的就是要抑制它，最后文章从不同角度，不同方面给出了抑制衬底耦合噪声的方法。虽然扩展后的模型比原先的模型具有了不少的改进，但是由于模拟工具的局限性以及现在集成电路的不断飞速发展，仍然不能用于大型电路的模拟。所以最后文章给出了今后衬底耦合噪声研究的发展方向。 本论文对广大的数模混合信号集成电路设计人员，尤其是大规模高频混合信号电路设计人员具有较好的参考价值，可以帮助他们在进行设计的同时充分考虑衬底耦合噪声对于电路的影响，并及时采取相应的措施进行改进。