Лекция 5. Проектирование шин и размещение блоков в цифро-аналоговых схемах.

В цифроаналоговых интегральных схемах выдвигаются особые требования к разводке шин питания и общей шины («земли»), а также к взаимному размещению блоков, целью которых является минимизация взаимного влияния блоков.

Рекомендации по проектированию шин

При проектировании шин питания и общей шины рекомендуется выполнять:

1. Общая шина и шина питания должны быть достаточно широкими и использовать, по возможности, слой с наименьшим поверхностным сопротивлением (как правило, это верхний слой металлизации). При ширине шин более 50мкм необходимо делать продольные разрезы шины.

2. Желательно минимизировать количество переходов с одного металлического уровня на другой. не допускается использование более высокоомных подныров (из поликремния и т.п).

3. необходимо разделять источники питания цифровых и аналоговых схем. по степени разделения можно выделить три способа: максимальное разделение – использование отдельных контактных площадок (КП) и отдельных выводов микросхемы (рис. 5.1, а); разделение с использованием отдельных КП и разводкой на одну ламель корпуса (рис. 5.1, б); минимальное разделение – подведение раздельных шин к одной КП (рис. 5.1, в).

4. желательно проводить питающие шины к различным аналоговым блокам схемы раздельно, объединять шины можно непосредственно у КП кристалла.

5. не допускается большая плотность тока. для предотвращения разрушения шин из–за электромиграции Al, плотность тока должна быть не более 1÷2 мА/мкм².

6. необходимо обеспечить одинаковый потенциал в точках контактирования питающих шин к согласованным элементам, что достигается соответствующим выбором длины и ширины шины.

а)

б)

в)

Рис. 5.1. Варианты разделения цифрового и аналогового питания в интегральной микросхеме

Аналоговые и цифровые шины рекомендуется разделять общей шиной.

Для уменьшения высокочастотных составляющих в напряжении питания часто используют RC – фильтры. Однако это может приводить к значительным потерям мощности из-за падения напряжения на резисторе. Другим методом является RLC ­­– метод, который состоит во включении между шиной земли и питания последовательного RLC – контура (рис. 5.2). Значения емкости и индуктивности контура рассчитываются по формуле

где L_выв – индуктивность выводов земли и питания; С_шп – емкость шины питания.

Рис. 5.2. RLC – метод уменьшения высокочастотных помех между общей шиной и шиной питания

Рекомендации по размещению блоков

При размещении схем на кристалле выделяют области расположения цифровых схем и аналоговых схем (Рис. 5.3).

Для минимизации шумов по подложке со стороны цифровых схем, между цифровыми и аналоговыми блоками используют разделительную полосу шириной 50÷100 мкм с контактированием к шине питающего подложку напряжения. Разделительная полоса состоит из трех линий, центральная из которых является глубокой диффузией (карман) и предназначена для разделения низкоомных слоев поверхности подложки.

Цифровые и аналоговые блоки должны быть окружены охранными кольцами с контактированием к отдельным цифровым и аналоговым шинам питания, соответственно.

При проектировании схем на переключаемых конденсаторах (ПК), необходимо разнести точные аналоговые блоки (операционные усилители) и шины тактовых сигналов. Пример построения топологии ИС на ПК приведен на рис. 5.4. Под конденсаторами лучше располагать область «кармана» для качественной изоляции их от «шумящей» подложки.

Полезным может оказаться также контактирование нижней стороны подложки кристалла к выводу питающему подложку. При проектировании охранных колец и разделительных линий можно воспользоваться сведениями приведенными в лекции 4.

Рис. 5.3. Пример компоновки на кристалле цифровых и аналоговых блоков

Рис. 5.4. Пример размещения элементов в блоке на переключаемых конденсаторах