rbody噪声 是SOI工艺的一个典型问题.
一、什么是 rbody噪声?
在SOI工艺中,晶体管的体(body)区域是被埋氧层(BOX)隔离的,也就是说,体区不再与衬底连接,成为“浮体”。
1. rbody 是什么? “rbody”指的是体电阻(resistance of the body),这个体在SOI晶体管中是浮空的,通过寄生电阻和某些路径与其他电路交互。
2. rbody噪声的来源: 当晶体管开关或模拟信号变化时,体电位会因为电荷注入、击穿电流等而波动。 这种体电位的变化不能迅速被释放,因为没有一个良好的接地路径。 如果多个晶体管共享一个体区(common body tie),或者电阻路径耦合到其他节点,就会引入rbody噪声,表现为类似于地弹噪声(ground bounce)的现象。
二、rbody噪声的影响
对模拟电路而言: 会影响偏置点、电压稳定性和线性度;
对数字电路而言: 会导致门延迟不稳定,严重时甚至引发错误翻转;
对仿真而言: 出现无法预料的“奇怪”小电压波动或突变,难以debug。
三、如何减弱或消除rbody噪声 这里是一些常见的缓解策略:
1. 使用Body Contact(Body Tie)结构 在布局中加入 body contact(如TAP或BP/BN),让晶体管的体有明确的连接路径(例如接地或VDD)。 通常使用 shared body tie(共享体连接)或 individual body tie(独立连接),后者效果更好但占面积更大。
2. 增大Body电阻与电源地之间的耦合 例如放置 guard ring 或 deep N-well 来屏蔽体区域,减少耦合噪声。
3. 优化版图布局 减少相互影响的晶体管放在一起,尤其是模拟敏感区域和高速开关信号区要分开; 提高body contact密度,避免大面积体区浮空。
4. 在仿真中启用合适的模型参数 确保PDS(Process Design Kit)中使用的器件模型已经正确包含rbody行为(通常BSIMSOI模型包含rbody参数); 可以通过仿真工具中的“body tie option”或者手动定义子电路结构来指定body连接方式。
5. 在仿真中明确设定body连接 有时SPICE仿真中会默认浮体,可以在仿真电路中显式连接body端,例如:
.SUBCKT my_nmos D G S B
M1 D G S B NMOS_LVT W=1u L=0.1u
.ENDS
把B端连接到GND或者合适的bias点,防止浮体。