ИТМиВТ - Институт точной механики и вычислительной техники С. А. Лебедева РАН
Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН - научно-исследовательский институт в области информационных технологий, вычислительной техники и микроэлектроники
English
Главная страница Контактная информация Карта сайта и поиск
Об институте Решения Проекты Образование

Топологическое проектирование конвейерного АЦП по субмикронной КМОП технологии

А.С. Гуменюк, В.Е. Шунков, Ю.И. Бочаров
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

Рассмотрены принципы проектирования топологии конвейерного АЦП по субмикронной КМОП технологии. Представлены методы размещения элементов, позволяющие повысить степень согласования, улучшить динамические характеристики АЦП, а также повысить их радиационную стойкость.

Технические характеристики сложно-функциональных аналого-цифровых блоков, реализуемых по субмикронной технологии, во многом определяются их топологией. В данной работе рассматривается общий подход к проектированию топологии базового каскада конвейерных КМОП АЦП, а также некоторые приемы, позволяющие улучшить степень согласования элементов, динамические характеристики узлов, способы повышения их радиационной стойкости.

Pис. 1. Структура топологической ячейки каскада АЦП

В настоящее время разрабатывается топология 7-битного конвейерного АЦП по КМОП технологии компании UMC с проектными нормами 0,18 мкм. Устройство характеризуется потребляемой мощностью 20 мВт при частоте выборки 20 МГц. АЦП содержит 6 каскадов: последний имеет разрядность 2 бита, а остальные — по 1,5 бита (1 бит информационный и 0,5 бита избыточные - для коррекции погрешностей). Каждый последующий каскад конвейера может быть вдвое менее точным, чем предыдущий, но для ускорения разработки все каскады кроме первого и последнего выполнены идентичными. Структура топологической ячейки такого каскада показана на рис. 1. Ячейки имеют фиксированные верхние и нижние границы и стыкуются между собой вдоль боковых границ. Размер ячейки - 175×265 мкм (0.046 мм2).

Особенности топологии, позволяющие минимизировать погрешности АЦП из-за технологического разброса и влияния паразитных элементов:

  • под массив конденсаторов, к точности взаимного согласования которых предъявляются наиболее жесткие требования, выделена центральная область;
  • операционные усилители (ОУ), включающие конденсаторы общей емкостью 20 единиц, и компараторы, содержащие по 2 единицы суммарной емкости, занимают свое место в порядке чередования, высвобождая место в массиве емкостей для устройств выборки-хранения, состоящих из ОУ и 8 конденсаторов;
  • топология двух входящих в каскад ОУ выполнена с использованием различной технологии проектирования — стандартной аналоговой и с применением элементов методологии Radiation Hardening by Design (RHBD) [1].

В первой технологии используются типовые принципы проектирования аналоговых блоков: разбиение и наложение диффузионных областей транзисторов (splitting), расположение их в массив с общим центром и использование фиктивных транзисторов на краях массива. Технология, ориентированная на повышение радиационной стойкости, не использует совмещения разделенных транзисторов. Вместо этого элементы массива изолируются при помощи охранных колец. Таким образом, повышается устойчивость микросхемы к воздействию ионизирующих излучений, хотя диффузионные емкости и занимаемая площадь при этом увеличиваются, а согласование элементов ухудшается. Применение двух разных методов позволит провести испытания и сравнительный анализ их эффективности.

Список литературы

  1. Ockey R., Syrzycki  M. Analysis of Manufacturability Factors for Analog CMOS ADC Building Blocks. // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. 2001. Vol. 26. P. 239—255.

 

© 1948—2016 «ИТМиВТ»
Версия для печати Контактная информация