GaAs HBT超高速折叠内插ADC中的信号反射分析

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在过去的五十年中,摩尔定律一直引领着半导体工艺尺寸的进步,而且,随着通信技术方面数字信号处理技术的快速发展,对集成电路的时钟频率要求越来越高,电路中的信号完整性问题不容忽视且日益严重。反射是信号完整性中最基本的问题之一,广泛存在于高速和超高速电路中并且会影响到电路的功能和性能。相对传统的硅基CMOS工艺,GaAs HBT具有较宽的禁带宽度、较高的载流子的饱和速度、较高的电子迁移率和较高的截止频率,其更适合应用于高速或者超高速集成电路的设计。在GaAs HBT超高速数模混合集成电路中,诸多路径存在着信号反射的问题。本文以3Gbps 6bit折叠内插ADC电路为实例,研究了反射发生的机理并采取一定的措施对其引起的信号问题进行改善。首先确定信号在电路中是否引起了不可忽略的信号完整性问题,对信号和互连线这两个方面进行了分析,提出了计算和仿真互连线延迟的方法。本文基于工艺厂商提供的工艺文件,使用安捷伦公司的ADS momentum工具仿真,基于仿真结果提出计算特性阻抗的方法。再基于所得到的互连线特性阻抗,对互连线进行适当的端接,综合考虑到电路的驱动能力、功耗和端接对电压产生的影响,采用并行RC端接,并且经过仿真,可以将反射产生的噪声控制在10%以内。此外,本文针对电路中存在的其他引起阻抗不连续的结构也进行了分析。经过仿真得到结论:对于互连线的拐弯形状,尽量选择圆弧拐弯形状,若要求不严苛,也可以采用较大的斜切形状;较大的通孔结构和互连线的阻抗更为接近,也可采用端接来消除通孔阻抗的不匹配,通孔的延迟相对于其两端互连线的延迟的比例越大对信号的完整性影响越严重,所以尽量避免密集的不同层短互连线通过通孔相连的布线情况;对于两种不同互连线的连接,在其中之一相对较短情况下整段的互连线的阻抗主要由另一段决定。这些结论可以用于对电路中一些不连续结构进行近似和处理。在ADC电路中,首先根据电路需要进行版图的布局,在确定版图的布局后选择合适的互连线拓扑结构,然后消除不同的拓扑结构的互连线引起的反射。这里就需要针对每一部分的具体情况,应用前述理论进行端接、近似、不同互连线选择不同长度宽度的方式来处理,使得电路中每个部分对信号完整性的影响最小化,最后通过整个电路的仿真结果验证了这些处理方式的有效性和正确性。
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