电路去耦法_去耦电路原理

前言：画完版图后需要跑后仿，考虑decouple加退耦电容、撒dummy、加pad才能用得到的GDS文件流片。但对于者之间的整个流程和具体步骤都比较陌生，在此进行一个较为详细的学习记录。
关键词：退耦电容decap，去耦decouple

Q：考虑到芯片封装的寄生效应（电感，电阻，电容等），模拟电源和数字电源的片上decoupling设计是否必要？

1、使用片上电容做decoupling的时候，主要存在peaking和settling的折衷问题。通常来说我们不太希望power/ground有电阻产生IR drop，在low power supply ADC 会吃掉headroom，50mA*2 ohm=100mV。decap加的少 P/G上的peak会比较大，但是settle快；decap加的多 P/G上peak会小，但是settle的慢。
2、电容的Q值不是绝对说是要大或者小，关键是要根据bonding wire inductor和decoupling capacitor还有P/G之间的equivalent impedance构造合适的damping factor，所幸的是在我的电路里串电阻法用电源总线上寄生的几欧姆就差不多了。
不过这样做很依赖于封装厂提供的封装模型的准确度。一切要靠人品了～～～
3、P/G noise的影响在原理图仿真里还是比较明显的，不过等到真正tapeout之后有了各种乱七八糟的效应估计就不足以成为bottleneck了。
4. MIM电容通常不被用于

旁路电容&去耦电容

旁路（输入）和去耦（电源和输出）

电容的作用 & 去耦电容decap

1.应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。

1)旁路
   旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。 这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地电位是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
2)去耦
   去耦，又称解耦。去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容相当于电池，利用其充放电，使得放大后的信号不会因电流的突变而受干扰。从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻(特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹)，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。去耦电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去耦电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。 高频旁路电容一般比较小， 根据谐振频率一般取0.1μF、0.01μF等;

MOM电容与MIM电容的区别

1. MIM电容 (Metal-Insulator-Metal)
     MIM电容：被称为极板电容，一般用最高的两层metal，是Mn和Mn-1金属构成的，利用上下层金属间的电容构成。由于上下层金属在三维空间内搁着氧化层较远，因此会在上下层金属会插入一层金属（TSMC叫CTM），CTM与上级板联通，为的是减小与下极板的距离，增大电位容值。这个在Analog、RF工艺里面才有，用来做 高精度的cap，由Mtop和mtop-1 之间垂直方向形成，logic工艺是不提供的，MIM的2层metal 特别厚， 一般是下面的好几倍甚至是10几倍。电容值可以用上级板面积*单位容值来进行估算，上下极板接法不可互换。
2. MOM电容 (Metal-Oxide-Metal)
     MOM电容：是指用该工艺的场氧化物作为绝缘体形成的电容。它们可以用两层中间有氧化物的规则金属层垂直形成。受到较厚和较差控制的绝缘体的影响，导致密度低和匹配差。是finger cap，主要是利用同层metal边沿之间的电容,在版图设计过程中，为了缩小面积，可以多层stack插指形成。同层2根metal route之间oxide之间形成的cap，以在同一金属层上获得横向电容，可能任何工艺都有这个cap。以在同一金属层上获得横向电容。通过在多个金属层上重复结构，可以实现高密度。这种类型的MOM电容可以达到与MIM电容相当的匹配，具有更高的密度。
     一般只在多层金属的先进制程上使用，因为是通过多层布线的版图来实现的，但得到的电容值确定性和稳定性不如MIM，一般可能会用在那种对电容值要求不高，只是用到相对比值之类的应用。上下极板接法可互换。
3. MOS电容 (Metal-oxide-semiconductor)
     MOS 电容：两端结构的mos管，电容值不精确，可以实现随控制电压变化而变 化的容值，上下极板接法不可互换（如下图）。
   

相同面积的三个电容，电容值 MIM<MOM，MIM约是1/3 MOS电容值.
MOM电容优势在于不需要额外mask，MIM需要额外mask和工艺才能实现。

总结：MIM更准确，面积大，moscap中nmos比pmos好

参考内容
[1] 谈谈Decap电容
[2] 高速高精度ADC的电源decoupling设计

今天的文章电路去耦法_去耦电路原理分享到此就结束了，感谢您的阅读。