專利名稱：一種集成電路襯底噪聲的分布式抵消方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在數(shù)?；旌霞呻娐分幸r底噪聲抵
消的方法及其實(shí)現(xiàn)電路。
背景技術(shù)：
隨著系統(tǒng)芯片(SoC-System on a Chip)將模擬電路和大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)集成在同一硅襯底上，數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲通過襯底耦合會(huì)干擾模擬電路，影響模擬電路的性能。因此襯底噪聲成為SoC設(shè)計(jì)所面臨的主要問題之一，研究和設(shè)計(jì)適用于數(shù)?；旌霞呻娐返囊r底噪聲抵消技術(shù)是非常必要的。 常用的抑制電路噪聲的方法是在被保護(hù)電路周圍布置保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)可以吸收由多子和少子產(chǎn)生的襯底耦合電流，進(jìn)入保護(hù)環(huán)內(nèi)部的噪聲也相應(yīng)削減了。在這一基礎(chǔ)上，研究人員又提出了襯底噪聲的有源抵消方法。該方法采用反相放大器，輸入端連接噪聲探測(cè)帶，用以感應(yīng)從數(shù)字電路傳向模擬電路的噪聲，輸出端置于噪聲抵消帶，將經(jīng)過反相放大了的被檢測(cè)噪聲輸出到這一噪聲抵消帶，與原來從數(shù)字電路部分傳輸來的噪聲相疊加，使最終耦合到保護(hù)環(huán)內(nèi)模擬電路的噪聲得到削弱，實(shí)現(xiàn)噪聲抵消的功能。這種有源噪聲抵消技術(shù)為"抵消帶法"。 但現(xiàn)有技術(shù)中抵消效果不好，仍然有較強(qiáng)的噪聲從數(shù)字電路傳導(dǎo)至模擬電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種比現(xiàn)有技術(shù)中抵消帶法更為有效的有源襯底噪聲抵消方法，以及實(shí)現(xiàn)電路。 —種集成電路襯底噪聲的分布式抵消方法，所述的集成電路包括集成在同一硅襯底上的數(shù)字電路和模擬電路，且所述的模擬電路周圍布置有保護(hù)環(huán)，對(duì)所述的噪聲進(jìn)行分布式抵消的步驟如下 a)采集數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信號(hào)； b)將噪聲信號(hào)輸入反相運(yùn)算放大器進(jìn)行反相放大，得到噪聲抵消信號(hào)； c)將噪聲抵消信號(hào)并行的注入到硅襯底上靠近模擬電路的至少三個(gè)噪聲注入點(diǎn)，
與噪聲信號(hào)反相疊加，抵消傳遞到保護(hù)環(huán)內(nèi)的噪聲信號(hào)。 現(xiàn)有技術(shù)中采用的是"噪聲抵消帶"，而本發(fā)明將連續(xù)分布的噪聲抵消帶改進(jìn)為分布式的若干個(gè)噪聲注入點(diǎn)，所述的噪聲注入點(diǎn)所在的區(qū)域大小一般為微米級(jí)，噪聲注入點(diǎn)通過重?fù)诫s形成。 步驟a)中采集數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信號(hào)可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的噪聲探測(cè)帶，噪聲探測(cè)帶一般布置的位置是靠近數(shù)字電路，用來感應(yīng)、采集數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信號(hào)。
所述的噪聲注入點(diǎn)按照分布式結(jié)構(gòu)排列在噪聲探測(cè)帶與模擬電路的保護(hù)環(huán)之間，通過金屬導(dǎo)線并聯(lián)的接入反相運(yùn)算放大器的輸出端。 噪聲注入點(diǎn)的個(gè)數(shù)、位置根據(jù)被保護(hù)電路(模擬電路)的尺寸來確定，實(shí)踐中通過
3仿真得到最佳的個(gè)數(shù)和位置。 所述的保護(hù)環(huán)一般為方形，可以是一個(gè)保護(hù)環(huán)，也可以是多個(gè)保護(hù)環(huán)，尺寸依據(jù)環(huán)內(nèi)被保護(hù)的模擬IC電路的面積而定。噪聲注入點(diǎn)可呈直線排列。與保護(hù)環(huán)靠近數(shù)字電路的側(cè)邊平行。 本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)所述的分布式抵消方法的電路，包括 噪聲探測(cè)帶，作為感應(yīng)器設(shè)置在數(shù)字電路附近，用于采集數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信
號(hào)；； 至少三個(gè)噪聲注入點(diǎn)； 反相運(yùn)算放大器，其輸入端與噪聲探測(cè)帶連接，反相運(yùn)算放大器的輸出端與所述的噪聲注入點(diǎn)連接，反相運(yùn)算放大器用于將噪聲探測(cè)帶感應(yīng)到的噪聲信號(hào)反相放大，形成噪聲抵消信號(hào)，經(jīng)噪聲注入點(diǎn)以點(diǎn)的形式注入硅襯底，與通過硅襯底耦合過來的噪聲進(jìn)行反相疊加，實(shí)現(xiàn)襯底噪聲的有源抵消。 所述的噪聲探測(cè)帶，位于靠近數(shù)字電路耦合襯底噪聲源的一側(cè)，用于感應(yīng)襯底噪聲信號(hào)。其長度根據(jù)數(shù)字電路部分的尺寸而定，要求能充分的采樣到數(shù)字電路傳來的噪聲。其寬度可以為幾個(gè)微米范圍。在P型襯底中，可以用重?fù)诫s的P+區(qū)形成噪聲探測(cè)帶。在N型襯底中，可以用重?fù)诫s的N+區(qū)形成噪聲探測(cè)帶。 所述的噪聲注入點(diǎn)，位于噪聲探測(cè)帶與模擬電路的保護(hù)環(huán)之間。注入點(diǎn)的最佳個(gè)數(shù)、位置根據(jù)被保護(hù)電路的尺寸而定。各反相噪聲注入點(diǎn)可排成一直線，并與保護(hù)環(huán)最靠近數(shù)字電路的那條邊平行。在P型襯底中，采用重?fù)诫sP+區(qū)作為分布式反相噪聲注入點(diǎn)。在N型襯底中，采用重?fù)诫sN+區(qū)作為分布式反相噪聲注入點(diǎn)。各個(gè)分布式反相噪聲注入點(diǎn)通過金屬等導(dǎo)體并接在一起。 反相運(yùn)算放大器，其輸入端連接噪聲探測(cè)帶，其輸出端連接分布式反相噪聲注入點(diǎn)，其最佳增益根據(jù)噪聲探測(cè)帶、分布式注入點(diǎn)和保護(hù)環(huán)之間的位置關(guān)系及保護(hù)環(huán)的尺寸而調(diào)整。 仿真和實(shí)物證明，本發(fā)明所述的分布式襯底噪聲抵消電路，可以更好的克服數(shù)?；旌闲盘?hào)芯片中數(shù)字噪聲對(duì)模擬電路的串?dāng)_而造成的模擬電路性能的下降。本發(fā)明分布式襯底噪聲抵消電路，包括噪聲探測(cè)帶、分布式噪聲注入點(diǎn)和反相運(yùn)算放大器。反相運(yùn)算放大器對(duì)探測(cè)到的噪聲信號(hào)進(jìn)行反相放大，通過分布式噪聲注入點(diǎn)注入回襯底，與原噪聲信號(hào)疊加抵消，實(shí)現(xiàn)消弱襯底耦合噪聲的目的。針對(duì)不同尺寸的被保護(hù)電路，可以設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的最佳分布注入點(diǎn)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)簡單，具有比傳統(tǒng)的噪聲抵消帶更好的噪聲抵消效果。本發(fā)明以簡單的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了較佳的噪聲抵消性能，采用較小的集成電路芯片面積就可以實(shí)現(xiàn)理想的噪聲抵消效果，本發(fā)明的分布式襯底噪聲抵消電路具有很高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明分布式襯底噪聲抵消電路的立體示意 圖2為帶有本發(fā)明的分布式襯底噪聲抵消電路的版圖示意 圖3為對(duì)圖2中各測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試結(jié)果； 圖4為本發(fā)明第二種和第三種實(shí)施方式的噪聲抵消電路的版圖示意 圖5a為對(duì)本發(fā)明第二種實(shí)施方式進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試結(jié)果；
圖5b為對(duì)本發(fā)明第三種實(shí)施方式進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試結(jié)果；
圖6為對(duì)本發(fā)明第四種實(shí)施方式進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試結(jié)果。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 本發(fā)明的實(shí)施例是三點(diǎn)分布式襯底噪聲抵消電路，其整體結(jié)構(gòu)如圖l所示。由于無源的保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用，本發(fā)明結(jié)合已有保護(hù)環(huán)130結(jié)構(gòu)，以獲得更好的噪聲消除效果。硅襯底100的尺寸為1800um X 1000nm(長X寬)，噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110為簡化的數(shù)字電路噪聲源，位于硅襯底100中心軸上，距離噪聲探測(cè)帶500um。噪聲探測(cè)帶120長400um。在同一直線上的三個(gè)分布式噪聲注入點(diǎn)122成中心軸對(duì)稱分布，跨度為800um，金屬條123對(duì)三個(gè)分布式噪聲注入點(diǎn)122做導(dǎo)電連接。保護(hù)環(huán)130尺寸為400umX 400um，由接地端150接地連接。反向運(yùn)算放大器121的輸入端與噪聲探測(cè)帶120連接，輸出端與3個(gè)噪聲注入點(diǎn)122由金屬線相連。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例分布式襯底噪聲抵消電路的版圖設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)采用P型襯底的O. 18um標(biāo)準(zhǔn)CM0S工藝。數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲采用外部注入體內(nèi)的方法形成，噪聲產(chǎn)生點(diǎn)IIO為一個(gè)邊長為10um的正方形P+區(qū)將外部噪聲通過噪聲產(chǎn)生點(diǎn)IIO注入到P型襯底。噪聲探測(cè)帶寬為4咖，三個(gè)分布式噪聲注入點(diǎn)122為邊長為4um的正方形。反向運(yùn)算放大器121采用外接電壓型放大器(也可做在硅片上)，保護(hù)環(huán)130內(nèi)由16個(gè)測(cè)試點(diǎn)140(P1-P16)測(cè)試模擬電路受到耦合噪聲干擾的強(qiáng)弱。實(shí)物驗(yàn)證時(shí)，將一個(gè)3.6V，5kHz的方波信號(hào)通過等效外部噪聲產(chǎn)生點(diǎn)IIO注入到襯底，相應(yīng)地測(cè)試并記錄保護(hù)環(huán)內(nèi)測(cè)試點(diǎn)陣上的噪聲幅度。并以已有的基于"抵消帶"式的抵消方式作為參比對(duì)象?；?抵消帶"的抵消電路設(shè)計(jì)除了把圖2中的三個(gè)分布式噪聲注入點(diǎn)變?yōu)殚L800um、寬4um的噪聲抵消帶外，其它結(jié)構(gòu)完全相同。兩者的測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由圖3可得，使用分布式噪聲注入點(diǎn)方案比使用噪聲抵消帶更為有效，噪聲幅度下降了近75% 。
實(shí)施例2 本發(fā)明的又一實(shí)施例為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明的先進(jìn)性，將上述分布式IC襯底噪聲抵消電路應(yīng)用于數(shù)?；旌闲酒O(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了一種分布式襯底噪聲抵消電路，實(shí)施方式如圖4所示。該實(shí)施方案仍采用外接電壓型反向運(yùn)算放大器121 (也可以做在硅片上)，被保護(hù)模擬電路用運(yùn)放IC電路160代表，通過測(cè)試其信噪比SNR來作為襯底噪聲抵消電路的評(píng)估參數(shù)。噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110a位于相對(duì)于保護(hù)環(huán)的中軸線位置。從噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110a上注入一個(gè)5V、100kHz的方波信號(hào)，用以代表數(shù)字區(qū)域產(chǎn)生的噪聲。給保護(hù)環(huán)130內(nèi)的運(yùn)放IC電路160輸入端提供一個(gè)10kHz-100kHz的正弦小信號(hào)。同樣，為了與已有的抵消帶電路進(jìn)行對(duì)比，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了基于噪聲抵消帶的噪聲抵消電路，該電路除了用噪聲抵消帶代替分布式反相噪聲注入點(diǎn)以外，其余結(jié)構(gòu)完全相同。本實(shí)驗(yàn)中得到三組測(cè)試結(jié)果如圖5a所示，包括無噪聲抵消電路、抵消帶噪聲抵消電路和分布式噪聲抵消電路。通過測(cè)試結(jié)果可以看到，分布式襯底噪聲抵消電路具有最佳的實(shí)施效果。
實(shí)施例3 由于實(shí)際的數(shù)?；旌想娐分校肼曉吹奈恢貌欢?，所以本實(shí)施方案把噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110b設(shè)置在保護(hù)環(huán)的邊緣位置，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同，把一個(gè)5V、 100kHz的方波信號(hào)注 入到噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110b，其它步驟與實(shí)施例2相同。得到的測(cè)試結(jié)果如圖5b所示，包括三組 測(cè)試結(jié)果無噪聲抵消電路、抵消帶噪聲抵消電路和分布式噪聲抵消電路。通過測(cè)試結(jié)果可 以看到，分布式襯底噪聲抵消電路具有最佳的實(shí)施效果。 對(duì)比圖5a和5b可得，無論是噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110a還是噪聲產(chǎn)生點(diǎn)110b，分布式襯底 噪聲抵消電路比抵消帶噪聲抵消電路效果更好，證明了無論本發(fā)明的噪聲產(chǎn)生點(diǎn)在中心還 是在邊緣都有很好的噪聲抵消效果。
實(shí)施例4 此外，實(shí)驗(yàn)還證明在下面幾種情況下，分布式噪聲抵消電路比抵消帶噪聲抵消 電路都具有更好的效果保護(hù)環(huán)尺寸改變；噪聲探測(cè)帶與保護(hù)環(huán)的距離改變；芯片尺寸改 變。為了評(píng)價(jià)噪聲情況，選擇ANTF (Average NoiseTransfer Function,平均噪聲傳輸函 數(shù)，亦即遍布保護(hù)環(huán)130內(nèi)的全部測(cè)試點(diǎn)噪聲的平均值)作為評(píng)估參數(shù)。當(dāng)硅襯底100為 1500umX1100咖(長X寬)，噪聲探測(cè)帶120與保護(hù)環(huán)130之間的距離為100um時(shí)，可以發(fā) 現(xiàn)最佳分布式噪聲注入點(diǎn)122的個(gè)數(shù)為13個(gè)。此時(shí)ANTF隨保護(hù)環(huán)130寬度W變化的情況 如圖6所示，其中噪聲探測(cè)帶長度為1000um，分布式噪聲注入點(diǎn)122的跨度也是1000um。 當(dāng)增大襯底長度時(shí)，兩者的對(duì)比效果仍相似。進(jìn)一步驗(yàn)證了本發(fā)明具有較大的可實(shí)施性和 應(yīng)用價(jià)值。 采用本發(fā)明所述的分布式襯底噪聲抵消電路通過分布式的注入反相噪聲抵消信 號(hào)的方法，更好的抑制了襯底噪聲的耦合，減小襯底噪聲對(duì)被保護(hù)的模擬IC電路的影響。 相對(duì)于已有的有源噪聲抵消電路，本發(fā)明分布式襯底噪聲抵消方式的效果更好，且針對(duì)不 同尺寸和結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)，可以設(shè)計(jì)最佳的分布式注入點(diǎn)結(jié)構(gòu)，最大程度上消除襯底耦合噪 聲對(duì)模擬電路性能的影響。本發(fā)明設(shè)計(jì)的分布式襯底噪聲抵消電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要一個(gè) 噪聲抵消帶、一個(gè)反相運(yùn)算放大器和分布式注入點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)噪聲消除的功能，節(jié)省了芯 片版圖的面積，有利于降低成本，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求
一種集成電路襯底噪聲的分布式抵消方法，所述的集成電路包括集成在同一硅襯底上的數(shù)字電路和模擬電路，且所述的模擬電路周圍布置有保護(hù)環(huán)，其特征在于，對(duì)所述的噪聲進(jìn)行分布式抵消的步驟如下a)采集數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信號(hào)；b)將噪聲信號(hào)輸入反相運(yùn)算放大器進(jìn)行反相放大，得到噪聲抵消信號(hào)；c)將噪聲抵消信號(hào)并行的注入到硅襯底上靠近模擬電路的至少三個(gè)噪聲注入點(diǎn)，與噪聲信號(hào)反相疊加，抵消傳遞到保護(hù)環(huán)內(nèi)的噪聲信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的分布式抵消方法，其特征在于，所述的噪聲注入點(diǎn)通過重?fù)诫s 形成。
3. —種集成電路襯底噪聲的分布式抵消電路，其特征在于，包括 設(shè)置在硅襯底上的噪聲探測(cè)帶，用于采集硅襯底上的數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信號(hào)； 設(shè)置在硅襯底上的至少三個(gè)噪聲注入點(diǎn)；反相運(yùn)算放大器，其輸入端與噪聲探測(cè)帶連接，反相運(yùn)算放大器的輸出端與所述的噪 聲注入點(diǎn)連接。
4. 如權(quán)利要求3所述的分布式抵消電路，其特征在于，所述的噪聲探測(cè)帶位于靠近數(shù) 字電路耦合襯底噪聲源的一側(cè)。
5. 如權(quán)利要求3所述的分布式抵消電路，其特征在于，所述的集成電路包括集成在同 一硅襯底上的數(shù)字電路和模擬電路，且所述的模擬電路周圍布置有保護(hù)環(huán)，所述的噪聲注 入點(diǎn)，位于噪聲探測(cè)帶與模擬電路的保護(hù)環(huán)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成電路襯底噪聲的分布式抵消方法，對(duì)噪聲進(jìn)行分布式抵消的步驟包括先采集數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲信號(hào)再將噪聲信號(hào)輸入反相運(yùn)算放大器進(jìn)行反相放大得到噪聲抵消信號(hào)再將噪聲抵消信號(hào)并行的注入到硅襯底上的至少三個(gè)噪聲注入點(diǎn)，與噪聲信號(hào)反相疊加，抵消傳遞到保護(hù)環(huán)內(nèi)的噪聲信號(hào)。本發(fā)明還公開了所述的分布式抵消方法的電路，包括設(shè)置在硅襯底上的噪聲探測(cè)帶和至少三個(gè)噪聲注入點(diǎn)及反相運(yùn)算放大器，其輸入端與噪聲探測(cè)帶連接，反相運(yùn)算放大器的輸出端與噪聲注入點(diǎn)連接。本發(fā)明可以更好的克服數(shù)?；旌闲盘?hào)芯片中數(shù)字噪聲對(duì)模擬電路的串?dāng)_而造成的模擬電路性能的下降，且設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101794727SQ201010104730
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者劉曉鵬, 梁國, 郭清 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)