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《集成电路设计基础》 《集成电路设计基础》 山东大学 信息学院 刘志军 上次课内容 第5章 集成电路版图设计 5.1 引言 5.2 版图几何设计规则 5.3　电学设计规则 5.4　布线规则 5.5 版图设计及版图验证 第6章 集成无源器件及SPICE模型 §6.1 引言 § 6.2 薄层集成电阻器 § 6.3 有源电阻 § 6.4 集成电容器 § 6.5 电感 § 6.6 互连线 § 6.7 传输线 §6.1 引 言 集成电路模拟程序SPICE： SPICE在集成电路的晶体管级模拟方面，成为工业标准的模拟程序。 集成电路设计工程，特别是模拟和模拟数字混合信号集成电路设计工程师必须掌握SPICE的应用。 本章我们将重点给出无源集成元器件的SPICE电路模型和相应的模型参数。 § 6.2 薄层集成电阻器 薄层集成电阻器 薄层集成电阻器 薄层电阻的几何图形设计 § 6.3 有源电阻 有源电阻是指采用晶体管进行适当的连接并使其工作在一定的状态，利用它的直流导通电阻和交流电阻作为电路中的电阻元件使用。 双极型晶体管和MOS晶体管可以担当有源电阻。 PN结电容 PN结电容 电容值依赖于结面积，例如二极管和晶体管的尺寸。 PN结电容的SPICE模型就直接运用相关二极管或三极管器件的模型。 MOS结构电容 MOS结构电容 MOS结构电容 § 6.5 电 感 传输线电感 § 6.6 互连线 互连线是各种分立和集成电路的基本元件。有不少人对这一概念不甚明确。 互连线的版图设计是集成电路设计中的基本任务，在专门门阵列设计电路中甚至是唯一的任务。 互连 线设计中应注意的事项 互连 线设计中应注意的事项 在连接线传输大电流时，应估计其电流容量并保留足够裕量。 深亚微米阶段的互连线技术 CMOS工艺发展到深亚微米阶段后，互连线的延迟已经超过逻辑门的延迟，成为时序分析的重要组成部分。 这时应采用链状RC网络、RLC网络或进一步采用传输线来模拟互连线。 互连线 为了保证模型的精确性和信号的完整性，需要对互连线的版图结构加以约束和进行规整。 以下讨论传输线。 § 6.7 传输线 集总元件 由于尺寸的小型化，几乎所有集成电路的有源元件都可认为是集总元件。前面讨论的无源元件也可作为集总元件来处理。 分布元件 随着工作频率的增加，使得一些诸如互连线的IC元件的尺寸可以与传输信号的波长相比。 这时，集总元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，应该定义为分布元件。 集成电路的传输线 集成电路设计中的分布元件主要包括微带（Micro-strip）型和共面波导（CPW: Co-Plane Wave Guide）型的传输线。 集成电路中的传输线主要有两个功能：传输信号和构成电路元件。 微 带 线 共 面 波 导 共 面 波 导 共 面 波 导 CPW的缺点是： ★衰减相对高一些。 ★由于厚的介质层，导热能力差，不利于大功率放大器的实现。 下次课：第7章 晶体管的SPICE模型 § 7.1 引言 § 7.2 二极管及其SPICE模型 § 7.3 双极型晶体管及其SPICE模型 § 7.4 MOS场效应管及其SPICE模型 § 7.5 短沟道MOS场效应管BSIM3模型 § 7.6 模型参数提取技术 本节结束（1~43） 谢谢！ 对于各种互连线设计，应该注意以下方面： 为减少信号或电源引起的损耗及减少芯片面积，连线尽量短。 为提高集成度，在传输电流非常微弱时(如MOS栅极)，大多数互连线应以制造工艺提供的最小宽度来布线。 制造工艺提供的多层金属能有效地提高集成度。 在微波和毫米波范围，应注意互连线的趋肤效应和寄 生参数。 某些情况下，可有目的地利用互连线的寄生效应。 典型微带线的剖面图 微带线(Micro-strip) 在一片介质薄板两面形成的两条平行带状导线。 微带线设计需要的电参数主要是： 阻抗、衰减、无载Q、波长、迟延常数。 共面波导由中间金属带和作为地平面的两边的金属带构成。 常规共面波导 相对于微带线，CPW的优点是： 工艺简单，费用低，因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。 在相邻的CPW之间有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。 比金属孔有更低的接地电感。 低的阻抗和速度色散。 * * 集成电路可以认为是由元器件组成的。 元器件可以分为两大类： △无源器件 △有源器件