А. В. КОБЫЛЯЦКИЙ

Научный руководитель – Н. Г. ГРИГОРЬЕВ, к. т.н., с. н.с.

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНО-ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ СЧИТЫВАНИЯ В КМОП ОЗУ

Проведен анализ влияния разброса конструктивно-топологических параметров на чувствительность синхронных усилителей считывания (УС) для статических КМОП ОЗУ. Показано, что минимизация разброса емкостей конструктивно-топологическими методами позволяет существенно повысить чувствительность УС. Разработаны наиболее эффективные конструктивно-топологические варианты УС по технологии уровня 90 нм.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Одним из основных элементов КМОП СБИС и СФ-блоков ОЗУ является усилитель считывания, предназначенный для преобразования малого сигнала считывания информации в стандартные цифровые сигналы.

Наибольшее распространение в КМОП ОЗУ получили синхронные УС, которые по сравнению с асинхронными усилителями характеризуются высоким собственным быстродействием, малой потребляемой мощностью и низкой чувствительностью к помехам на разрядных шинах и шинах питания [1].

Наиболее важным параметром УС является чувствительность, определяемая как минимальная величина входного сигнала, обеспечивающая направленное переключение УС. Анализ показывает, что чувствительность синхронного УС (рис.1а) существенно зависит от разброса емкостей во внутренних точках Q и QN:

,                        (1)

где – синфазное входное напряжение, – пороговое напряжение входных транзисторов, – коэффициент, зависящий от начального напряжения в выходных узлах и параметров транзисторов, – разброс емкостей во внутренних точках Q и QN.

Поэтому на этапе разработки топологии усилителя необходимо минимизировать разброс емкостей в этих точках. Для этого топология УС должна выполняться таким образом, чтобы симметрично располагались не только «плечи» усилителя, но и первые каскады нагрузочных элементов. Разводка металлизации также должна осуществляться симметрично по отношению к плечам усилителя до точек непосредственного подключения к входам элементов нагрузки.

               

        а                         б                         в

Рис.1. Принципиальная схема (а), асимметричный (б) и симметричный (в) варианты топологической реализации синхронного УС

В таблице 1 представлены результаты расчетов суммарных емкостей в узловых точках и чувствительности УС с учетом экстракции паразитных параметров 3-х вариантов симметричных топологий УС: 1 – с асимметричной, 2, 3 – с симметричной разводкой металлов.

Таблица 1                

CQN, фФ

CQ, фФ

, %

, мВ

Вариант 1

3,031

2,835

6,47

48

Вариант 2

3,061

3,065

0,12

9

Вариант 3

2,817

2,820

0,12

13

       Таким образом, на основе проведенного анализа можно сделать следующие выводы:

Разброс емкостей в узловых точках синхронного УС существенно влияет на его чувствительность. Для повышения чувствительности УС при разработке топологии необходимо обеспечивать максимальную симметрию плеч не только самого усилителя, но и его нагрузочных элементов. Разработаны наиболее эффективные конструктивно-топологические варианты УС по технологии уровня 90 нм.

Список литературы

, , Петричкович -стойкие КМОП СБИС ОЗУ по технологии объемного кремния // Проблемы разработки перспективных микро - и наноэлектронных систем-2014. Сб. трудов. / под общ. ред. . М.: ИППМ РАН, 2014. С.272-275.