基于工艺偏差的带隙基准电压源设计

发布时间：2017-08-17 12:15

  本文关键词：基于工艺偏差的带隙基准电压源设计

  更多相关文章： 工艺偏差 带隙基准电压源 失配 随机掺杂 成品率

【摘要】：随着CMOS工艺特征尺寸的减小,集成电路制造过程中工艺波动导致实际输出结果和目标值有较大偏离,从而影响芯片成品率,增加重复制版成本。因此工艺偏差引起的可制造性问题(Design For Manufacturability, DFM)已成为集成电路设计和制造的重大挑战之一。本文首先探讨了集成电路成品率下降的主要成因——工艺偏差中的随机掺杂波动(Random Dopant Fluctuation, RDF),从理论上分析了RDF引起阈值电压和电流增益因子偏差,进而导致电流失配的机理。其次在详细研究了现有的失配模型理论的基础上,确定适用于本文华润上华(CSMC) 0.5μm工艺的失配模型。基准电压源作为数模混合的LED驱动芯片的主要模块,其性能是影响整个芯片系统的重要因素。本文基于对常见基准源的工作原理和结构的比较分析,提出适用于LED驱动芯片且兼容于标准CMOS工艺的电路拓扑,并引入相应的失配模型,分别从器件参数、电路结构、版图布局三方面进行工艺偏差优化。最后通过HSPICE仿真及芯片流片实测来验证此设计的有效性：基于华润上华(CSMC) 0.5μm工艺,HSPICE软件仿真显示基准源输出电压为1.23254V,偏差小于5mV；流片测试结果表明应用此设计的三通道LED驱动控制芯片成品率达到96.8%,满足输出电流为18+0.5mA的芯片占99.6%以上。
【关键词】：工艺偏差 带隙基准电压源 失配 随机掺杂 成品率
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN432
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势14-15
• 1.3 论文结构安排15-17
• 第二章 成品率问题研究17-32
• 2.1 成品率影响因素17-23
• 2.1.1 工艺偏差来源18-20
• 2.1.2 工艺偏差对电路性能影响20-23
• 2.2 已有失配模型研究23-26
• 2.2.1 平方律电流模型23-26
• 2.2.2 BSIM3\BSIM4模型26
• 2.3 随机掺杂引起MOS失配机理26-30
• 2.3.1 RDF对阈值电压的影响27-28
• 2.3.2 RDF对电流增益因子的影响28-29
• 2.3.3 阈值偏差与有效迁移率偏差的关系29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 基准电压源基本原理32-46
• 3.1 基准电压源性能指标32-34
• 3.2 基准电压源分类及工作原理34-41
• 3.2.1 掩埋齐纳二极管基准源34-36
• 3.2.2 带隙基准电压源36-38
• 3.2.2.1 负温度系数电压(VBE)37
• 3.2.2.2 温度系数电压(AVBE)37-38
• 3.2.3 XFET基准源38-39
• 3.2.4 双阈值型电压基准、栅源电压基准39-41
• 3.2.5 电压基准源的比较41
• 3.3 带隙基准电压源基本结构41-44
• 3.2.1 Wildar带隙基准电压源41-43
• 3.2.2 Kuijk带隙基准电压源43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 基于工艺偏差的核心电路设计46-60
• 4.1 设计指标46-47
• 4.2 失配模型47-49
• 4.3 基于失配的器件设计49-50
• 4.3.1 MOS管失配49
• 4.3.2 电阻失配49
• 4.3.3 晶体管失配49-50
• 4.4 基于工艺偏差的电路结构改进50-56
• 4.4.1 运算放大器偏差分析50-52
• 4.4.2 运放失调对带隙基准电压的影响52-54
• 4.4.3 电流源偏差影响54-56
• 4.5 版图优化56-58
• 4.5.1 MOS管版图优化56-57
• 4.5.2 电阻的版图布局57
• 4.5.3 晶体管的版图布局57-58
• 4.5.4 整体版图布局58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 仿真及实测结果60-65
• 5.1 HSPICE仿真60-63
• 5.1.1 仿真环境60
• 5.1.2 HSPICE仿真结果60-63
• 5.2 流片测试结果63-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 工作总结65-66
• 6.2 未来工作展望66-67
• 参考文献67-72
• 作者简介72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘红霞;;一种低电压低功耗带隙基准电压源的设计[J];现代电子技术;2005年24期

2 赵新江;汪东旭;蒋浩;;无电阻带隙基准电压源[J];微计算机信息;2006年11期

3 冯勇建;胡洪平;;一种低功耗CMOS带隙基准电压源的实现[J];微电子学;2007年02期

4 张国成;于映;江浩;赖松林;张红;;一种低温漂输出可调带隙基准电压源的设计[J];电子工程师;2007年06期

5 蒋正萍;巫从平;;一种可减小工艺影响的带隙基准电压源[J];微电子学;2007年05期

6 胡波;李骏;廖良;石红;曾莉;;一种实用的曲率补偿带隙基准电压源[J];微电子学;2007年05期

7 韩健;孙玲玲;洪慧;;一种二阶补偿的高精度带隙基准电压源设计[J];杭州电子科技大学学报;2008年05期

8 宋涟益;黄世震;;一个高性能带隙基准电压源的设计[J];现代电子技术;2009年10期

9 张京英;吴建辉;;一种带隙基准电压源的设计[J];通信技术;2009年10期

10 徐勇;赵斐;徐永斌;关宇;关振红;;新型自启动带隙基准电压源设计[J];固体电子学研究与进展;2009年04期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 韩健;孙玲玲;洪慧;;一种二阶补偿的高精度带隙基准电压源设计[A];浙江省电子学会2008年学术年会论文集[C];2008年

2 李丹丹;马卓;郭阳;张彦峰;;输出电压可配置的低温漂带隙基准电压源[A];第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器技术论坛论文集[C];2012年

3 张彦峰;马卓;郭阳;李丹丹;;输出可配置的低温漂电流模式带隙基准电压源[A];第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器技术论坛论文集[C];2012年

4 肖建辉;廖永波;;一种新颖的单级可调带隙基准电压源电路[A];四川省电子学会半导体与集成技术专委会2006年度学术年会论文集[C];2006年

5 孟少鹏;柯导明;陈军宁;;带隙基准电压源原理分析与应用[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集（下册）[C];2006年

6 高国清;冯勇建;;一种低压高精度的CMOS带隙基准电压源[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年

7 贾有平;杨兵;;一种高性能CMOS带隙基准电压源设计[A];2009通信理论与技术新发展——第十四届全国青年通信学术会议论文集[C];2009年

8 高国清;冯勇建;曾景华;;一种负反馈高精度的CMOS带隙基准电压源[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 贺炜;高精度曲率校正带隙基准电压源的设计[D];西南交通大学;2015年

2 丰玉龙;电池保护检测电路以及带隙基准电压源电路的设计[D];复旦大学;2013年

3 袁炜;基于衬底驱动MOS管的带隙基准电压源的分析与设计[D];西安电子科技大学;2015年

4 俞淼;基于工艺偏差的带隙基准电压源设计[D];浙江大学;2016年

5 徐卓慧;高性能带隙基准电压源芯片的设计与研究[D];暨南大学;2010年

6 刘澜兰;一种高性能带隙基准电压源的设计[D];吉林大学;2006年

7 陈波;一种带隙基准电压源的设计[D];大连理工大学;2007年

8 温威;CMOS Pipeline ADC/带隙基准电压源的设计[D];湖南大学;2014年

9 张小莹;低压低功耗CMOS带隙基准电压源设计[D];西安电子科技大学;2009年

10 马建斌;低输出、低温度系数、宽温度范围带隙基准电压源的设计与研究[D];山东大学;2006年

，

本文编号：688956