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好好的PLL,换了外延wafer,咋就不行了?

时间:12-12 整理:3721RD 点击:
同样的设计和工艺,从单晶片换到了外延片,最高频率从500MHz以上,掉到了100多MHz,在低温和/或低压下更差,搞不清原因啊。
针对两批tapeout PCM的对比,mos本身的特性差别不大,主要是nwell resistance变化较大(PLL中的bias和loop filter采用了Rnw),增加了30%左右,但是从spice simulation看,即使增大Rnw至原来的3倍也不会造成如此大的变化。除了bias中还有diode connected mos外,PLL中不含有其它特殊器件了。
大牛们说说这是怎么回事。什么关键的地方被我忽略了?

衬底会影响电感,但也掉不了这么多。

嗯,定性上讲,电阻或电感的变化会对bias,LPF以及Osc都有影响,但是实在不应该差这么多

单晶变外延,衬底浓度就会不一样啊,如果用了以Psub为衬底的扩散电容,容值会有变化
所用的PMOS是否是五端器件?是否考虑N井和衬底的寄生电容?某些自井的P管,如果不考
虑井电容,仿真和测试也会有问题。
从低温/低压更差来看,有可能和Vth相关,低温时Vth就比常温大,低压时,偏高的Vth
导致的偏差也会更大。
不了解具体电路,以上猜测只是泛泛而谈.

是的,衬底浓度一定会发生变化,只是从PCM参数上看不出变化了多少。电路中没有本征的扩散电容,所有扩散电容都是寄生的。所有本征的设计电容都是MOS电容(栅-沟道电容)。您所说的五端器件是指什么?阱电容确实没考虑过,会影响很大吗?直觉上外延会对阱电容造成很大影响。另外,从PCM上看,mos器件的本征参数变化不大,实际工艺上应该能够保证Vth在单晶和外延片上具有较好的一致性吧。

不知道osc,和bias结构无法更准确分析
1. 电容增加;
2. gm减小,包括,bias电流减小;电源电压降低;管子本身gm降低;
3. 和振荡器无关,分频器有问题,谐振了,或者什么的。

瞎说的。看你的分频器结构了,在极端情况下,什么都可能

从测试现象看,PLL的输出时钟稳定在100多MHz,不是锁不住,而就像是振不上去
电容增加会导致osc变慢,但是要增加3倍才能出现频率降低如此之巨。bias和gm减小也是可能的原因,但是造成bias和gm下降的原因还是难找到

好的PDK中,PMOS是五端器件,GDSB,还有衬底。如果N井接vcc,那么井电容等效为vcc和
gnd之间的电容,对电路影响不大。对于自井的管子,井电容相当于Source和Psub之间
的电容,某些情况下会有影响。
井电容实际上是结电容,结电容直接和P和N的浓度相关,而且是由浓度低的那边决定,
Nwell-Psub中,Psub浓度更低,所以单晶wafer和epi-wafer的井电容应该是有差异的。
关于Vth,可以测测两种硅片常温和低温时Vth是否有差异。
以上都是猜测,可能是乱支招 :)

对了,Icc如何?sim、单晶wafer test result、epi-wafer test reuslt,差异有多大?

我真忘记了,7、8年前的东西,早记不清楚了。
inject locking 可以分频,也可以倍频,还可以自己振荡,不过除非楼主挑战极限用.8um做这个几百兆东东,否则一般用不了这么炫的技巧。

我再确认一下有没有自阱电容吧,Vth目前没测试值,pcm有IDSAT的值,这个值单晶和外延几乎无差别

一般情况下,MOS特性已经完全改变了。工艺上换SUB但要保持device特性不变,这个,基本不可能。

device参数确实有变化,从pcm参数上看,pmos的‖Vth‖平均增大了5%而且标准差很大。可是将mos model中pmos的vt0增大10%,仍然不会出现测试时出现的异常。我想我还是忽略了什么重要因素。

vth偏大,的确会让低温和低压时的性能下降更大
又,测试的sample size有多大?是否做了Monte Carlo仿真?

如果vt0偏差大,那么失配就有可能是主要矛盾了,输入对管、电流镜等等的匹配
如果出了问题,也可能导致失效。如果Monte Carlo的model还算准确,可以跑跑
看看。测试时也可以多测些unit,看看Mean和std(如果是高斯分布)

开始为单晶片设计的PLL后仿了,设计没改转到外延片就出问题了,现在在定位问题,没有后仿。主要是不知道到底该在在仿真时做些什么修改。现在是修改了rnw和pmos vth,然后做的前仿,趋势和测试现象一致,但是量上差很多,不能仿真复现

sample size不大,测了7,8个,但是结果都很差,低压时都是输出稳定在100多MHz,低压且低温时只能到40,50MHz。没做monte carlo仿真,单晶片的时候没这个问题,外延片没有这个统计模型。mismatch可能是个问题,我仿一下试试

如果是随机的mismatch,测试结果应该也分布比较大....
啊啊,我不吱声了,没准儿都是在浪费你时间呢 :)

再吱一声,NMOS的Vth变化不大么?Nwell浓度变化影响PMOS,照理Psub变化,
NMOS也会有变,难道是调Vth的注入是主导?
又,衬底浓度变化,源漏的寄生电容也会变的。前面一位说的是,衬底变了,
变的东西就太多了

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