Проектирование и исследование топологии источника опорного напряжения с использованием напряжения ширины запрещенной зоны.

Добрый день! Уважаемые студенты, Вашему вниманию представляется дипломная работа на тему: «Проектирование и исследование топологии источника опорного напряжения с использованием напряжения ширины запрещенной зоны.»

ВВЕДЕНИЕ

Среди работ по созданию электронного устройства проектирование аналоговых схем является наиболее сложным и трудоемким процессом. Обширный набор параметров, который постоянно нужно контролировать, и крайне высокая восприимчивость полученных результатов к изменению граничных условий делают аналоговое проектирование видом искусства, а не наукой. Источники опорного напряжения (ИОН) требуют обдуманного и тщательного физического проектирования с целью того, чтобы достичь от реализуемого нами устройства необходимых характеристик. Проектирование топологии блока также можно назвать физическим проектированием. Характеристики схемы сильно зависимы от реализации, именно поэтому дизайнеру необходимо обращать особое внимание на защиту блоков от негативных факторов, которые отрицательно влияют на работу всей схемы, таких как шумы, влияние механического напряжения и его градиента, помехи, температурный градиент, включение паразитного тиристора и так далее. Так же, важное значение имеет согласованность элементов.

Согласованные интегральные элементы (транзисторы, резисторы, конденсаторы, дифференциальные пары) являются неотъемлемой частью каждого ИОН, потому что оказывают большое влияние на характеристики всей схемы. И так как опорное напряжение непосредственно зависит от соотношения резисторов, топологу следует учитывать особенности построения интегральных резисторов и обеспечить их согласование. Источник опорного напряжения осуществляет выходное напряжение, которое не зависит от напряжения питания, температуры и прочих внешних факторов. Напряжение питания для него является входным напряжением. От точности и правильности работы ИОН зависит работа целиком всей схемы. Подобные параметры, как построение согласованных элементов, особенности построения интегральных резисторов, правила расположения аналоговых блоков относительно друг друга являются значимыми методы борьбы с шумами и помехами. Они зависят от большого числа различных факторов. Таким образом разработчику при проектировании топологии стоит уделять большое внимание на влияние большого количества эффектов на функциональность устройства, кроме того, грамотно оценивать изменение ключевых параметров схемы при выборе какой-то определенной топологической конструкции.

Для проведения практических этапов работы используется система автоматизированного проектирования Cadence IC 6.1.6.

В представленной дипломной работе разработано несколько вариантов топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны. Целью работы является проведение исследования по влиянию топологических правил согласования элементов массива на характеристики устройства и выбор оптимальной топологии устройства.

CОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 4

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И СОГЛАСОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АИС. 6

1.1 Особенности построения интегральных резисторов. 6

1.2. Особенности построения интегральных конденсаторов. 8

1.3 Причины рассогласования. 10

1.4 Случайные статистические флуктуации. 11

1.5 Технологические искажения. 13

1.6 Вариации скорости травления поликремния. 13

1.7 Диффузия рядом с каналом. 14

1.8 N-канальный транзистор в сравнении с p-канальным транзистором. 15

1.9 Градиент толщины окисла. 15

1.10 Градиенты напряжения. 16

Выводы по главе I: 17

ГЛАВА II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ. 18

2.1 Схема ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны.. 18

2.2 Разработка эскизной топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны.. 19

2.3 Разработка топологии дифференциальной пары.. 19

2.4 Разработка топологии биполярных транзисторов. 20

2.5 Расположение спроектированных массивов элементов топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны. 21

Выводы по главе II: 22

ГЛАВА III. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАЗИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.. 23

3.1 Экстракция паразитных элементов топологии. 23

3.2 Моделирование схемы ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны с учётом паразитных элементов. 25

3.3 Моделирование эскизной топологии ИОН с использованием напряжения ширины запрещённой зоны с учётом паразитных элементов. 27

Выводы по главе III: 28

ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОГЛАСОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПОЛОГИИ ИОН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ ШИРИНЫ ЗАПРЕЩЁННОЙ ЗОНЫ НА РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРАЗИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. 29

4.1 Разработка топологии резисторов. 29

4.2 Разработка топологии МОП-транзисторов. 30

4.3 Разработка топологии дифференциальной пары.. 32

4.4 Разработка топологии конденсаторов. 33

4.5 Разработка топологии биполярных транзисторов. 35

4.6 Расположение элементов устройства и их разводка. 37

4.7 Сравнение результатов. 39

Выводы по главе IV: 40

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 42

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 44

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 46

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 47