關(guān)于超低功耗器件的模型問(wèn)題分析和應(yīng)用

最近有朋友跟我說(shuō), 某個(gè)FOUNDRY提供的PDK 做了低功耗電路設(shè)計(jì)后, 發(fā)現(xiàn)高溫下面差距很大, 不知道該怎么辦. 朋友不懂器件, 我給他舉了個(gè)例子PDK就像磚頭, 電路設(shè)計(jì)就象造房子, 磚頭不好,房子設(shè)計(jì)地再好,時(shí)間也不會(huì)長(zhǎng),變成樓歪歪. 另外, FOUNDRY 提供的PDK就象食堂的大鍋菜, 不會(huì)為每個(gè)設(shè)計(jì)公司定制, 而恰恰設(shè)計(jì)公司還是需要小鍋菜來(lái)增加自己設(shè)計(jì)的附加價(jià)值. 這里就談到了PDK的二次開(kāi)發(fā), 比如, 器件模型的溫度需要延伸到300度, 或者低溫到-197度等等, 這個(gè)半導(dǎo)體廠是提供不了的。
對(duì)于低功耗電路, 我們先來(lái)看看器件的漏電流如何而來(lái), 這樣就知道該如何減少漏電流.

比如在Vg=0V時(shí)候, 器件的漏電流來(lái)自SUBTHRESHOLD 區(qū)域, 可以看出,這個(gè)區(qū)域, 漏電流變化很大, 如果FOUNDRY模型沒(méi)有好的擬和,那么這個(gè)是比較糟糕的,特別是高溫的條件下. 因?yàn)?a target="_blank">ANALOG區(qū)域, SUBTHRESHOLD 區(qū)域是工作區(qū)域, 所以, 這塊區(qū)域非常重要, 所以, 對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用, 很多設(shè)計(jì)公司把FOUNDRY的PDK拿到后作二次開(kāi)發(fā),所以他們的產(chǎn)品為什么有競(jìng)爭(zhēng)力. 這就是為什么有些公司愿意買ARM 的IP而不用FOUNDRY免費(fèi)IP的道理一樣.
數(shù)字電路, 注重的是Ion/Ioff 準(zhǔn)確性, 而模擬電路, 首先注重SUBTHRESHOLD區(qū)域準(zhǔn)確性, 如果圖中的I-V CURVE網(wǎng)右移動(dòng), 那邊 VGS=0時(shí)候的漏電流在GIDL的區(qū)域,比較平穩(wěn), 隨著溫度的變化,就不會(huì)有大變化.Ioff 擬和的不好, 也不會(huì)太差, 相反, 我們可以把模擬電路SUBTHRESHOLD 區(qū)域擬合的很好.所以, VTH的選擇非常重要,特別是高溫下面I-V曲線的特性和漏電流的情況.漏電流的種類很多, 在不同溫度下, 特性也不同,而且分部也不同(工藝的變化導(dǎo)致)。 比如有GIDL， Gate leakage, junction leakage, substhreshold leakage, substrate leakage current 等等。 器件在不同工作狀態(tài)下，漏電形式和種類都可能不同，首先把器件模型做好了，就為低功耗電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)打好了基礎(chǔ)，接下來(lái)就是電路和系統(tǒng)層次如何實(shí)現(xiàn)低功耗。 好的設(shè)計(jì)需要全方面的配合，缺一不可，希望上面的簡(jiǎn)單說(shuō)明對(duì)大家有些參考意義。