Zakłócenia sprzężenia podłożowego w układach scalonych CMOSSubstrate coupling noise in CMOS Intergrated Circuits

Temat artykułu stanowią zagadnienia modelowania sprzężenia podłożowego w układach scalonych CMOS. Zakłócenia sprzężenia podłożowego mają istotne znaczenie w mieszanych: cyfrowo-analogowych układach scalonych, ponieważ prąd wstrzykiwany do wspólnego podłoża układu z dużej liczby przełączanych jednocześnie elementów cyfrowych może zakłócić działanie podzespołu analogowego. Zaprezentowana została metoda modelowania podłoża oparta na funkcji Greena, która pozwala projektantom wygenerować model podłoża na podstawie danych geometrycznych projektu topografii oraz danych technologicznych procesu. Na podstawie symulacji komputerowej dwóch mieszanych układów scalonych (oscylator pierścieniowy i "analogowy" tranzystor, macierz inwerterów i źródło prądowe) pokazano zakłócający wpływ części cyfrowej projektu na część analogową. Szczególną uwagę zwrócono na efektywność pierścieni zabezpieczających wykonanych w projektach topografii w celu minimalizacji zakłóceń.

The main subject of this paper are issues of a modeling of a substrate coupling in CMOS Integrated Circuits. The substrate coupling noise is important in mixed analog-digital ICs, because the current injected to the chips substrate from a large number of simultaneously switched digital elements can cause a malfunction of sensitive analog elements of the system. The Green function method that provides designers with a parasitic model of the substrate is presented. This method performs IC substrate discretization basing on the geometric layout of the circuit and technology parameters specific for the given process. Two basic mixed-signal examples are presented to show an injurious influence of the substrate coupling on an analog part of a design. These examples are a ring osxillator with a single transistor and a matrix of 100 simultaneously switched inwerters with a current source. In addition, attention is drawn to guarding ring and their effectiveness is discussed.