EFECTOS PARÁSITOS EN INTERCONEXIONES DE CIs, Y SUS CONSIDERACIONES DE DISEÑO A NIVEL LAYOUT (PARASITIC EFFECTS IN IC INTERCONNECTIONS, AND DESIGN CONSIDERATIONS AT THE LAYOUT LEVEL)

David Gerardo Rivera Orozco, Federico Sandoval Ibarra

Resumen


Resumen
En este trabajo se presenta el impacto no deseado de los efectos parásitos causados por la resistencia laminar de diversos materiales y las capacitancias parásitas debido a las interconexiones de sistemas electrónicos implementados en tecnologías de circuitos integrados. En la práctica, dado que no es suficiente atender las reglas de diseño, se muestran las consideraciones y los compromisos existentes cuando se interconectan transistores y/o circuitos con líneas de metal y/o de polisilicio. Como aplicación práctica, se presenta el diseño de un comparador de voltaje usando las facilidades de una tecnología NMOS, 5 µm, 8.0 V, conveniente por su análisis en DC. Los resultados de simulación obtenidos con LTspice exhiben el impacto de los efectos no deseados debido a las interconexiones. Dado que degradan el desempeño del comparador, se describe el fenómeno conforme a los postulados de la teoría de circuitos, además de una estrategia de diseño para minimizar estos efectos.
Palabras Clave: Interconexiones, circuitos integrados, layout, comparador de voltaje, circuitos NMOS.

Abstract
This paper presents the undesired impact of parasitic effects caused by the laminar resistance of various materials and the parasitic capacitances due to the interconnections of electronic systems implemented in integrated circuit technologies is presented. In practice, because it is not enough to meet the design rules, the considerations to be assessed and the trade-offs that exists when interconnecting transistors and/or circuits with metal and/or polysilicon lines are shown. As a practical application, the design of a voltage comparator is presented using the facilities of a NMOS technology, 5 µm, 8.0 V, convenient for its DC analysis. The simulation results obtained with LTspice show the impact of undesired effects due to interconnections. Since they degrade the performance of the comparator, the phenomenon is described according to the postulates of circuit theory, in addition to a design strategy to minimize these effects.
Keywords: Interconnections, integrated circuits, layout, voltage comparator, NMOS circuits.

Texto completo:

240-258 PDF

Referencias


Baker, R. (2005). CMOS Circuit Design, Layout and Simulation, 2nd Ed. USA: John Wiley & Sons.

CIDESI NM05 Manual de referencia, Dirección de Microtecnologías del Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial, Prueba piloto de proceso NMOS de 5 μm de CIDESI, Versión 0.1a, Querétaro, QRO, México, 2020.

Clayton, R. (2006), Introduction to Electromagnetic Compatibility, 2nd edition, Wiley-Interscience, ISBN 978-0-471-75500-5.

Cong, J., Cheng-Kok Koh and P. H. Madden. Interconnect layout optimization under higher order RLC model for MCM designs. In IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 20, no. 12, pp. 1455-1463, Dec. 2001.

Cortés-Hernández, D. (2013). Caracterización de parámetros eléctricos dependientes de frecuencia en interconexiones de circuitos integrados. Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Tonantzintla, Puebla, México.

Fowler, S. (2011). Ohms per Square What? ESD Journal. Available at http://www.esdjournal.com/techpapr/ohmmtr/ohm.htm.

Guerrero-Linares, L,. F. Sandoval-Ibarra and J. R. Loo-Yau, Non-idealities in analog circuits design: What does it really mean?, 2012 IEEE 55th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Boise, ID, 2012, pp. 586-589, doi: 10.1109/MWSCAS.2012.6292088.

Jhon, H. et al., fmaxf_{max} Improvement by Controlling Extrinsic Parasitics in Circuit-Level MOS Transistor, in IEEE Electron Device Letters, vol. 30, no. 12, pp. 1323-1325, Dec. 2009, doi: 10.1109/LED.2009.2032249.

Leigh, W. B., Simplifying analog CMOS design for undergraduates, Proceedings 2003 IEEE International Conference on Microelectronic Systems Education. MSE'03, Anaheim, CA, USA, 2003, pp. 156-157, doi: 10.1109/MSE.2003.1205296.

Pumphrey E., NMOS analog voltage comparator, U.S. Patent 4 812 681, Mar. 14, 1989.

Razavi, B. (2001). Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, ISBN 0-07-238032-2.

Schroder, D. (2006). Semiconductor material and device characterization, 3er Ed. USA: John Wiley & Sons. Arizona State University. ISBN-13: 978-0-471-73906-7.

Smith S., M. Ismail, Chung-Chih Hung and Shu-Chuan Huang, Layout design considerations in MOS continuous-time integrated filters, Proceedings of APCCAS'94 - 1994 Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, Taipei, Taiwan, 1994, pp. 300-305, doi: 10.1109/APCCAS.1994.514566.

Sylvester D., J. C. Chen and Chenming Hu, Investigation of interconnect capacitance characterization using charge-based capacitance measurement (CBCM) technique and three-dimensional simulation, in IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 33, no. 3, pp. 449-453, March 1998, doi: 10.1109/4.661210.

Toumazou C., Moschytz G., Gilbert B. (2002) Trade-Offs in Analog Circuit Design: The Designers Companion, Kluwer Academic Publishers, ISBN 1-4020-7037-3.






URL de la licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es

Barra de separación

Licencia Creative Commons    Pistas Educativas está bajo la Licencia Creative Commons Atribución 3.0 No portada.    

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO / INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

Antonio García Cubas Pte #600 esq. Av. Tecnológico, Celaya, Gto. México

Tel. 461 61 17575 Ext 5450 y 5146

pistaseducativas@itcelaya.edu.mx

http://pistaseducativas.celaya.tecnm.mx/index.php/pistas