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第四章 實體佈局、量測方法及量測結果

4.1 實體佈局 76

本篇論文實作的電路是以 TSMC 0.35μm 1P2M (3.3V)的製程來進行實體佈局。晶片實 現的總面積為 1108μm × 941μm。圖 4.1 為整體晶片的佈局,而內部的子電路的佈局分 別為: 圖 4.2 低壓差線性穩壓器,圖 4.5 帶差參考電路,圖 4.6 帶差參考電路的兩級放大 器,圖 4.8 帶差參考電路的電流源,圖 4.9 帶差參考電路的緩衝器。為了量測參考電壓信 號多加了帶差參考電路的緩衝器(圖 4.9),以避免因 PAD 電容而使信號衰減。另外在帶差 參考電路的電流源(圖 4.8)及帶差參考電路(圖 4.5)中多加了 Trimming 電阻,以方便調整因 製程所造成的電阻誤差。

低壓差線性穩壓器

帶差參考電路 Power PMOS

V

IN

V

OUT

V

REF_PAD

GND GND

圖 4. 1 整體晶片的佈局

回授電阻

電晶體

補償電容

4.2 低壓差線性穩壓器的佈局

電晶體的詳細佈局如圖 4.3 所示﹐大部份是採用二維的同心軸(Common Centroid)方式 佈局﹐並外加 Poly Dummy﹐以實現佈局的對稱性。

M23,24

M11,16 MD5,6,7

M12,13

M14,15 M17,18 MD2,MB2

MD3,4 MD1

MB4

M21,22

4.3 低壓差線性穩壓器的電晶體的詳細佈局

將帶差參考電路的 R6 取出 10%的阻值當作 Triming 電阻,再分成 15 份四段。在佈局 時 R6 先扣掉一段。當在量測時,若VREF小於預期電壓則 Triming 第一段電阻,若不夠時 再 Triming 第二段電阻,以此類推。Triming 的方法是將每段的兩端 Triming PAD 用探針加 入大電流將保險絲燒斷,此時的 R6 等於是多串了一段 Triming 電阻。如圖 4.4 所示。

第一段 第二段 第三段 第四段

Trimming 電阻

4.4 帶差參考電路的 Trimming 電阻

PAD1 PAD2

PAD3

PAD4 PAD5

PAD1

GND PAD2

PAD3 PAD4

Rs Trimming PADs R6 Trimming PADs

電流源 兩級放大器 緩衝器

圖 4.5 帶差參考電路的佈局

IBIAS1

W=2u,L=2300 u OUT

Rnod

將電流源的RS取出 10%的阻值當作 Triming 電阻,再分成 15 份四段。在佈局時 Rs L=2483 .3u

RNOD

VDD = 1.5V~4.5V

PAD1 PAD2 PAD3 PAD4 PAD5

W=2u 2500 16.7 2483.3

u u

M3 L=2500 u

RNOD

MN3 MN4

MP2 Mo5 Mo6

Mo4 Mo7 Mo3

Mo1 Mo1 VDD=1.5V~4.5V

OUT

RZ

C1 IB2

INN INP

MP2,Mo5 Mo6

MN3,4

Mo7 Mo6

Mo1,2

RZ C1

圖 4.9 帶差參考電路的緩衝器的佈局

4.2 量測方法

低壓差線性穩壓器的各項規格的量測方法可以依據 2.2 節的定義來量測,大部份的規 格可以使用三用電表及示波器來完成量測。這裡僅以負載暫態響應的量測方法(Load Transient Response Testing)作說明[15]。

4.2.1 基本的負載暫態產生器

一個基本負載暫態產生器的示意圖,如圖 4.10 所示。REGULATOR UNDER TEST 是 待測的穩壓器,Current Monitor 及 Voltage Monitor 分別是用來量測暫態負載電流及輸出電 壓。DC LOAD 決定了輕載時的電流。只要控制 Load Swith 的導通時間,即可量測到負載 暫態響應。

REGULATOR UNDER TEST

DC

LOAD RSWITCHED

LOAD

Regulator Input Supply

Load Switch

SWITCHED LOAD

OUT UNDER TEST

DC LOAD

VOUT

Regulator Input Supply

SWITCHED LOAD

OUT

To AC-Coupled OscillScope

CH1

Current CH2 Probe

此種量測方法的優點是速度很快,缺點是只能量測到最大及最小的負載電流。

4.2.2 閉迴路的負載暫態產生器

另一種量測方法是採用閉迴路的負載暫態產生器,如圖 4.12 所示。REGULATOR UNDER TEST 是待測的穩壓器,Current Monitor 及 Voltage Monitor 分別是用來量測暫態負 載電流及輸出電壓。由 A1 Control Amplifier 線性的控制 Q1 的閘極端來設定所想要的暫態 電流。Q1 的 Source 端拉到 A1 的輸入端與 Q1 形成負回授穩定了工作點。Q1 的電流與 Control Input 有關,整個的操作速度受限於閉回路的頻寬,Q1 的電流波形可以由 Control Input 來 調整,因此可以量測到比較廣的負載範圍。

REGULATOR UNDER TEST

Current Monitor

Voltage Monitor VOUT

Regulator Input Supply

CURRENT SENSE

INPUT

I= V R

Control

Input Q1

Power MOS

Current Sensing Resistor Control

Amplifier A1

圖 4. 12 閉迴路的負載暫態產生器的示意圖[15]

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