模拟工程师必备——tsmcN28工艺指南学习-创新互联

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1封装package

2 MOS MOSCAP FMOM High-R Inductor

2.1 MOS管电容

2.2 FMOM金属插指结构

2.3 MOS作输入电阻High-R Rin

2.4 MOS驱动和电感

3 RF-MOS实例参数

4 Muti-Finger设置

5 NGCON的含义

5.1 ngcon模型用法

6 sobn/sobs/sobw/sobe使用

7 flicker noise闪烁噪声

简介

1）沟道电阻产生的热噪声

3）降低1/f噪声

7.1 noise_typical/worst/best

7.2 flicker noise统计库

7.3 flicker noise corner

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台积电28HPCP 0.9V/1.8V 1.0 2p2射频SPICE型号使用指南

整理：小头菜籽

N28HPCP RF Model利用宏模型构建RF模型，基于BB逻辑模型，采用台积电固定pcell布局，建立了射频模型。用户需要使用它与台积电pcell更好的准确性。射频型号有效频率高达20 GHz或MOS截止频率/无源器件的谐振频率。

1封装package

2 MOS MOSCAP FMOM High-R Inductor

2.1 MOS管电容

两端结构的mos管，电容值不精确，可以实现随控制电压变化而变 化的容值，上下极板接法不可互换。MOS管形成电容的主要原理，就是利用gate与沟道之间的栅氧作为绝缘介质，gate作为上极板，源漏和衬底三端短接一起组成下极板。电容的单位面积大小，与栅氧的厚度和介电常数有关。

NMOS的剖面图

电容与栅压的变化曲线

优点：节省面积。

缺点1：MOS电容是“压控电容”，当上下两个极板的压差发生变化，容值也会跟着改变，这在要求高精度的电路中，几乎是致命的。微弱信号采集的前端模拟电路中，不适合使用。

缺点2：MOS电容的耐压特性很差。这是因为它的绝缘介质使用了栅氧，栅氧较薄。5V能承受的电压在5V附近，1.8V能承受的电压在1.8V附近。而金属电容，有的却可以承受几十伏的高压。电路设计中，为尽量避免电源与地之间使用MOS电容去耦。

2.2 FMOM金属插指结构

MOM电容是主要利用同层金属的插指结构来构建电容，如图所示。在图中，同侧不同层金属可以仅用Via连接，来增加单位面积电容，不需要增加新的工艺，与金属连线制作相同。这样，9层金属都用上，可以增加约9倍电容值；而对于MIM结构来说，9层金属只能增加约一半4倍（奇数层和偶数层”一正一负“）。

插指结构

优点：高单位电容值，低寄生电容，对称平面结构，优良RF特性，优良匹配特性，兼容金属线工序，无需增加额外工序。正因为如此，在先进CMOS制程中，MOM电容已经成为最主要的电容结构。在28nm工艺中，固定电容只有唯一的MOM形式。

2.3 MOS作输入电阻High-R Rin

MOS管栅极有极高的输入阻抗。

有源电阻：MOS管的适当连接使其工作在一定状态(饱和区或是线性区)，利用其直流电阻与交流电阻可以作为电路中的电阻元件使用。

MOS二极管作电阻：MOS二极管是指把MOS晶体管的栅极与漏极相互短接构成二端器件，如图所示。

由上图可知，MOS二极管的栅极与漏极具有同的电位，MOS管总是工作在饱和区，根据饱和萨氏方程可知其转移特性曲线(漏极电流一栅源电压间的关系曲线)如下图所示。

2.4 MOS驱动和电感

一般认为MOSFET是电压驱动的，不需要驱动电流。然而，在MOS的G S两级之间有Cgs结电容存在。驱动线路走线会有寄生电感，而寄生电感和MOS管的结电容会组成一个LC振荡电路，如果直接把驱动芯片的输出端接到MOS管栅极的话，在PWM波的上升下降沿会产生很大的震荡，导致MOS管急剧发热甚至爆炸，一般的解决方法是在栅极串联10欧左右的电阻，降低LC振荡电路的Q值，使震荡迅速衰减掉。MOS管栅极高输入阻抗的特性，一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通，所以建议在MOS管G S之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗。

3 RF-MOS实例参数

N28工艺参数。

4 Muti-Finger设置

N28工艺的连接。

在设计中, 通常会考虑将W/L较大的MOS管拆分为多 finger的MOS管, 这里除了模型中的 W, L的限制之外，也有一些其它的考虑。假设有一个 W/L较大的 MOSFET，此时的栅电阻以及对应的寄生电容都较大，因此在实际设计中会将其设为多 finger 的结构。

从下图可以看到，将其拆分为 finger=2 的 MOS 管后，对应的漏端的结电容 Cdb由 Cj*W*LD 变为 Cj*W/2*Ld，也即减小了一半。

需要注意的是，当 finger为偶数时，源漏对衬底的耗尽电容是不一样的，可以将较大电容的一端靠近地或电源（即取为源端），这也是上图中所示的 S/D 的选择。

关于设置 finger数目的另一个考虑是栅电阻的大小，考虑到栅电阻实际会引入噪声，需要使得栅电阻的噪声远小于 MOS 管噪声，这一要求很多情况下会要求在设置 MOSFET finger 数时保证 W/L< 20 , 在实际中也常使得 W/L<10, 如下图所示。

5 NGCON的含义 5.1 ngcon模型用法

6 sobn/sobs/sobw/sobe使用

这些实例参数将由LVS/PDK基于给定的RFpcell提取，但用户可以将OD更改为G-R距离。modelcard中的默认值为RFpcell。

7 flicker noise闪烁噪声 简介 1）沟道电阻产生的热噪声

电子在电阻中作随机运动，因此电阻的两端会产生噪声电压，这种噪声电压称为热噪声。MOS晶体管的沟道具有电阻成分，所以会产热噪声。

如图所示，MOS晶体管的热噪声可以用不含热噪声的MOS晶体管以及与栅极连接的电压源束表示。这时，强反型的饱和区中MOS晶体管的热噪声用下式表示：

式中，R为波尔兹曼常数（1. 38X10-23.J/K）；T为绝对温度，△f为带宽；gm为MOS晶体管的跨导。

1. Flicker noise (1/f噪声)

所谓闪烁就是起伏的意思。闪烁噪声与频率的倒数（1/f）成比例，所以也称为1/f噪声。这种噪声起伏的起因主要来自两方面。

1．载流子数目的起伏。2．迁移率的起伏

NMOS晶体管中载流子的起伏是主要的，而PMOS晶体管中迁移率的起伏处于支配地位。不论哪种场合，1／f噪声都与频率f以及MOS晶体管的面积(W×L)成反比。但PMOS晶体管的l/f噪声小

3）降低1/f噪声

同时考虑热噪声和1／f噪声时，MOS晶体管的噪声电压可表示为：

(])增大MOS晶体管的面积(W×L)。

(2)对于电路的噪声特性影响大的晶体管（例如差动放大电路的输入差动对），采用PMOS晶体管。

(3)单位面积栅电容大的晶体管的l／f噪声小。减薄栅氧化膜的厚度，有利于降低l/f噪声。

7.1 noise_typical/worst/best

Noiseflags是MOS和电阻器件全局变化的参数。

使用“noise_typical”时，将包括典型闪烁噪声模型。当使用“noise_worst”时，将包括最坏情况下的闪烁噪声模型，当使用“noise_best”时，将包括最佳情况下的闪变噪声模型。分别进行。用户可以在使用文件中使用不同的库来模拟闪烁噪声。

请注意闪烁noise库需要放在TTmacro_MOS_MOSCAP的后面，以防止redefne标志变回模型默认值)

7.2 flicker noise统计库

在usage文件中添加了名为“noise_mc”的库来表示闪烁噪声统计模型statistical library。

7.3 flicker noise corner

增加了Total，可以在后布局模拟时提取Secret，以反映随着设备面积的增加闪烁角的减少。

在布局后仿真中，实现了“Total_rf参数，以支持在相同类型/尺寸的Poly&OD尺寸并行连接时，闪烁噪声角的减小。

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