Multiplier和Finger的区别和优劣讨论 – 源码巴士

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2024-07-15 11:00| 来源: 网络整理| 查看: 265

概述

这个问题需要对仿真模型(spice model)和芯片制造工艺有些了解才能知道原因。当芯片制造工艺越来越先进后,同样大小(宽长比)的mos器件在芯片不同的位置器件性能是不一样,这个不同的性能会通过仿真模型里面的版图寄生效应(layout dependent effect)来反应,前面有人提到了LOD效应只是其中的一种(但是在各种效应里面占的权重很大),所以cadence的工具也配合工艺的进步和仿真模型的要求引入了finger这个参数。

在Analog design过程中,大家常常会要设置M和Finger,M值对应M个管子并联,finger值表示这些管子share source/drain,total width是一样的。那么我们该如何使用会比较好,请大家讨论各有什么优缺点。

W r e a l = f i n g e r ∗ m u l t i p i e r ∗ W W_{real}=finger*multipier*WWreal​=finger∗multipier∗W

在正式用Cadence画版图之前,一定要先构思,也就是要仔细想一想,每个品体管打算怎样安排,晶体管之间怎样连接,最后的电源线、地线怎样走。输入和输出最好分别布置在芯片两端。例如,让信号从左边输入,右边输出,这样可以减少输出到输入的电磁干扰。对于小信号高增益放大器,这一点特别重要,设计不当会引起不希望的反馈,造成电路自激。 MOS管的尺寸(栅长、栅宽)是由电路模拟时定下来的,画MOS管时应按照这些尺寸进行。但是当MOS管的栅宽过大时,为了减小栅电阻和栅电容对电路性能的影响,需要减小每个MOS管的栅宽,为达到所需的总栅宽可以采用并联的方式,或者采用多栅指结构的版图,即MOS管共用源区与漏区的版图形式,如图7.20所示,两个MOS管并联后共用一个漏区。多栅指结构的MOS管版图不改变原来晶体管的栅长与栅宽,但是带来了更多的优点。在这里插入图片描述 制程越小,效果越明显,所以7nm以下很多都是用nf 代替之前m的用法。

1.多个并列的晶体管multiplier

multi因为面积开销稍大,有新手画layout会把金属线搞得很长,后仿真的话带宽会掉不少。

2.指插结构

上面为多指finger就是做成叉指形状的单个品体管对于多个finger,有可能poly到有源区的距高已经足够大;而该距高大到一定程度时,电流基本恒定。 制程越小,效果越明显,所以7nm以下很多都是用nf 代替之前m的用法。

指叉结构的栅电阻为1/n倍。

在工艺尺寸达到90nm以下的情况下,M和F的区别将越来越明显且不可忽略,这个效应叫LOD效应,同样的FingerWidth,采用多个Finger的NMOS电流大于多个M的电流,PMOS相反,原因是因为应力对沟道或者载流子的影响,具体可以搜一下;总之不管用哪个,电路和版图必须严格一致,才能保证后仿结果准确 参考:深亚微米工艺下产生的二级效应

advantagedisadvanagestructure并列90nm以下,LOD效应,采用多个M大于多个Finger的NMOS电流的电流multi因为面积开销稍大,有新手画layout会把金属线搞得很长,后仿真的话带宽会掉不少指插结构90nm以下,LOD效应,采用多个Finger的NMOS电流大于多个M的电流在这里插入图片描述指叉共用有源区

最后,简单总结一下:multiplier很简单,就是其字面重复的意思,也就是仿真的时候直接器件的性能参数克隆复制多少倍;finger:原因复杂一些,主要用于反应仿真版图寄生效应的影响(在仿真模型里面),不同的finger数目归一化以后的单finger的器件性能是不一样的。 我的理解是multi是注入区独立金属线互联,finger是注入区共用。影响如前面大佬所述,还有一个就是multi因为面积开销稍大,有新手画layout会把金属线搞得很长,后仿真的话带宽会掉不少……真实案例。 制程越小,效果越明显,所以7nm以下很多都是用nf 代替之前m的用法。 参考:cadence版图中CMOS的属性中finger和multiplier有什么区别?在这里插入图片描述

应力的效应(LOD effect)

从MOS基本特性角度讲,两者最大的差异是应力的效应(LOD effect),元件源漏两侧STI对沟道区的压应力会影响元件特性(电子迁移率减弱,空穴迁移率增强,禁带宽度变窄)。如果Multi=1,FN=n,则在同一个有源区中靠近边沿的finger受应力影响较大,靠中间区域的受影响较小。如果FN=1,Multi=n,则每颗元件受到应力的影响相同(假设每颗元件源漏区面积相同)。

作者:Kevin Hahn 链接:https://www.zhihu.com/question/340723988/answer/789937287

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

采用m 或者 n,相对于管子的参数比如sab、sa等是不一样的,这些参数是版图阱效应等的几个效应的体现,会影响到管子的阈值,进而影响管子的匹配,比如电流镜的match等。所以最好电路和版图采用相同的管子设置,以保证前仿后仿的一致性

我电路上都用的M,不用Finger,画版图的时候为了省面积,能share source/drain的都share了,比较随意

虽然整体上Width是相同的,但是实现结果是不同的(前提是原理图的版图严格对应);对某些模块的设计中,finger是有最佳值的,比如PA,JSSC上有文章提到这一点的。 如果比较关键的电路还是多考虑一下吧。。。

finger 最佳 why? 用muti也可以手动share source/drain,效果岂不是和finger是一样的,而且multi的摆放更加自由。

用hspice设计只有改M, 用Tanner画版图,S/D全share。。。只根据rule来。。。 貌似我太低端了。。。掩面。。。。

个人感觉一般用M精确一点,所以用在电流镜放大,共模反馈匹配这些地方,而且画版图是需要加dummy,用的是Multi的话可以少占一些面积。finger会有一些晶体管的相互作用,所以finger的值并不是真正的值,好处是版图比较好画,不容易报错.

采用M和Finger得到对应相同的宽度以及偏置相同时,电流特性有些差异,从参数来看,finger的细分会导致宽度调制效应更加明显,影响阈值电压的变化而且对P管和N管影响趋势还不太一样

.1um以下的工艺,m和finger大概有10%~20%的区别。 如果说finger是源漏共用 multiplier是独立 那么问题来了对于采用质心匹配的差分输入对管 aabbaabbaabb bbaabbaabbaa 1、finger=2 m=6 2、finger=6 m=2 哪个才是正确的呢,理由是什么,求教

仿真测得是第二个

关于尺寸的选取,这篇文章讲得很清楚了"A High Efficiency Si-CMOS Power Amplifier for 60 GHz Band Broadband Wireless Communication Employing Optimized Transistor Size"

严格来讲,m分开放,可以方便的进行eco;而n为管子共享,据前辈讲,对esd性能有改善。

学习了,65nm工艺仿真得到电流镜finger要准确

fw大会导致gate res增大,finger大会导致source inductance增大,他们都会降低增益

在HSPICE中能够用finger吗?好像只能用m。 是啊,只有m。。

有些模型可以指定nf(number of finger), 但是有些模型不支持,比如BSIM3,就不能指定nf。但话又说回来,好多工艺库的模型都是BSIM3,巨坑!

但是hspice的仿真结果更精确。所以适当取舍吧。

我是新手。。 一般schematic里我会用m来仿真,但是版图里会S/D共享,其实就变成类似finger了。。。

我这schematic里好像只有m是有效的,我特别困惑的是:管子总宽度不变,改变m,仿真结果竟然会有偏差。比如说吧10u的管子分成5u x 2,和2u x 5,原理图仿真就会有差异。不知道有没有人知道是什么原因?

采用m 或者 n,相对于管子的参数比如sab、sa等是不一样的,这些参数是版图阱效应等的几个效应的体现,会影响到管子的阈值,进而影响管子的匹配,比如电流镜的match等 所以最好电路和版图采用相同的管子设置,以保证前仿后仿的一致性

估计是哪些效应呀,这些效应如何导致区别的。求教。目前研究M和Finger对电流源mismatch的影响

在工艺尺寸达到90nm以下的情况下,M和F的区别将越来越明显且不可忽略,这个效应叫LOD效应,同样的FingerWidth,采用多个Finger的NMOS电流大于多个M的电流,PMOS相反,原因是因为应力对沟道或者载流子的影响,具体可以搜一下;总之不管用哪个,电路和版图必须严格一致,才能保证后仿结果准确

谢谢解惑了,以后原理图版图m和f要对应

总结:M和Finger,M值对应M个管子并联,finger值表示这些管子share source/drain,total width是一样的。在工艺尺寸达到90nm以下的情况下,M和F的区别将越来越明显且不可忽略,这个效应叫LOD效应,同样的FingerWidth,采用多个Finger的NMOS电流大于多个M的电流,PMOS相反,原因是因为应力对沟道或者载流子的影响,总之不管用哪个,电路和版图必须严格一致,才能保证后仿结果准确。 有些模型可以指定nf(number of finger), 但是有些模型不支持,比如BSIM3,就不能指定nf。

参考:finger_eetop

multiplier是指你设计的mos管并联,保证工艺后的正确性。 fingers是指把mos管做成梳状,总的width=fingers*width。 multipliter是双胞胎 finger是连体婴儿 一般来说,M是多个相同大小的MOS并联,而finger则是一个MOS管,有多个finger。 这两者最主要的区别在于,使用M的话,matching要比finger要好。例如两个电流源的matching,那么电流上的比例最好就用M(1:M)来实现,而不是通过增加或减少finger。

参考:电路中将 MOSFET 设为多 finger 的考虑 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.在这里插入图片描述

上图所示是一个 w/l 较大的 MOSFET,右侧标注了各端口的寄生,可以看到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 CjWLD 变为 CjW/2Ld,也即减小了一半。在这里插入图片描述 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



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