CMOS集成电路设计中如何在物理层上实现电阻的设计集成电路设计中如何在物理层上实现电阻的设计
在集成电路的设计中,电阻器不是主要的器件,却是必不可少的。如果设计不当,会对整个 电路有很大的影
响,并且会使芯片的面积很大,从而增加成本。 目前,在设计中使用的主要有3种电阻器:多晶硅、MOS管
以及电容电阻。在设计中,要根据需要灵活运用这3种电阻,使芯片的设计达到 。 1、多晶硅电阻 集成
电路中的单片电阻器距离理想电阻都比较远,在标准的MOS工艺中, 理想的无源电阻器是多晶硅条。一个均匀
的平板电阻可以表示为: 式中:ρ为电阻率;t为薄板厚度;R□=(ρ/t)?为薄层电阻率,单位为Ω/□;L/W
为长宽比。由于常用的薄层电阻很小,通常多晶硅 的电阻率为100 Ω/□,而设计规则又确定
在集成电路的设计中,电阻器不是主要的器件,却是必不可少的。如果设计不当,会对整个 电路有很大的影响,并且会
使芯片的面积很大,从而增加成本。
目前,在设计中使用的主要有3种电阻器:多晶硅、MOS管以及电容电阻。在设计中,要根据需要灵活运用这3种电阻,
使芯片的设计达到 。
1、多晶硅电阻
集成电路中的单片电阻器距离理想电阻都比较远,在标准的MOS工艺中, 理想的无源电阻器是多晶硅条。一个均匀的平
板电阻可以表示为:
式中:ρ为电阻率;t为薄板厚度;R□=(ρ/t)?为薄层电阻率,单位为Ω/□;L/W为长宽比。由于常用的薄层电阻很小,
通常多晶硅 的电阻率为100 Ω/□,而设计规则又确定了多晶硅条宽度的 值,因此高值的电阻需要很大的尺寸,由于芯片面积
的限制,实际上是很难实现的。当然也可以用扩散条来做薄层电阻,但是由于工艺的不稳定性,通常很容易受温度和电压的影
响,很难 控制其 数值。寄生效果也十分明显。
无论多晶硅还是扩散层,他们的电阻的变化范围都很大,与注入材料中的杂质浓度有关。不 容易计算准确值。由于上述
原因,在集成电路中经常使用有源电阻器。
CMOS集成电路设计中如何在物理层上实现电阻的设计
2、MOS管电阻
MOS管为三端器件,适当连接这三个端,MOS管就变成两端的有源电阻。这种电阻器主要原理 是利用晶体管在一定偏置
下的等效电阻。可以代替多晶硅或扩散电阻,以提供直流电压降,或在小范围内呈线性的小信号交流电阻。在大多数的情况
下,获得小信号电阻所需要的面积比直线性重要得多。一个MOS器件就是一个模拟电阻,与等价的多晶硅或跨三电阻相比,
其尺寸要小得多。
简单地把n沟道或p沟道增强性MOS管的栅极接到漏极上就得到了类似MOS晶体管的有源电阻。对于n沟道器件,应该尽
可能地把源极接到 负的电源电压上,这样可以消除衬底的影响。同样p沟道器件源极应该接到 正的电源电压上。此
时,VGS=VDS,如图1(a),(b)所示。
图1(a)的MOS晶体管偏置在线性区工作,图2所示为有源电阻跨导曲线ID-VG S的大信号特性。这一曲线对n沟道、p沟
道增强型器件都适用。可以看出,电阻为非线性的。但是在实际中,由于信号摆动的幅度很小,所以实际上这种电阻可以很好
地工作。根据公式