Господа, кто нибудь разрабатывал бандгапы в КМОП, поводил до массового производства? Поделитесь опытом.

- Делали ли подстройку рабочей точки и если да, то каким образом? Как подстраивать в массовом производстве и попасть на пик, если нет возможности температурного теста на потоке?
- Какой реальной стабильности по температуре и точности удалось достичь?
- Какое получилось реально напряжение пика? У меня симулятор выдает близко к 1,24В, т.е. как по учебнику, а в реальности тесты дают 1,18 В. Я в недоумении. Наверно модели биполярников недостаточно точны для бандгапа?

Ключевой аспект - стабильность технологии и качество (адекватность) моделей биполярных транзисторов. Если фаб из забугорных и уважаемых, то вышеозначенное чаще всего обеспечивается, и далее все определяется квалификацией разработчика. В этом случае процесс проектирования прецизионных аналоговых блоков с одной стороны типичен (т.е. схемотехнические решения должны учитывать и по возможности компенсировать неизбежные разбросы технологии, тщательная оптимизация размеров и режимов, в том числе с использованием статистических расчетов), с другой уникален (конкретные требования ТЗ, личный опыт и знания). Если требования не уникальны (скажем разброс абсолютного значения +/-5...10%, температурный дрейф 50...100 ppm/'C) то в массовом производстве подстройка не понадобится.

- Какое получилось реально напряжение пика? У меня симулятор выдает близко к 1,24В, т.е. как по учебнику, а в реальности тесты дают 1,18 В. Я в недоумении. Наверно модели биполярников недостаточно точны для бандгапа?

эт точно

[/quote]

Спасибо. Я имел ввиду конечно бандгапы 1-2% точности, для них как правило требуется подстройка. Но реально на потоке подстраивать можно только по напряжению, но не по оптимальной рабочей точке, в этом-то и загвоздка. У нас процесс TSMC 0.18 и бандгап у меня с подстройкой и прецизионным операционником, схема бандгапа стандартная, экспериментальные образцы дают ~2% точность, но неясно какую точность удастся достичь на потоке.

Думаю опыт массового производства прецизионных референсов с разбросом <1...2% и дрейфом <10...30ppm/'C в технологиях 0.25um и ниже есть у немногих наших коллег кто работает на грандов типа Analog Devices, National Semiconductor, Crystal. Самому интересно. Присоединяюсь. Ау!

Как еще вариант - температурный коэфф. у резисторов либо не точен в модели, либо вообще забыт.

Еще - как со всякими там .OPTION в спайсе? А то при неудачных настройках сам спайс могет не то насчитать. Не забыты там всякие RUNLVL на шестерочку, ACCURATE в единицу (это всё для hspice) и т.д., и т.п.?


Вопрос тоже интересен. Тоже вот BGR сварганил, причем на микротоках, все в субпороговом режиме, а вот до образцов еще долго....

На величину и стабильность опорного напряжения влияют разбросы биполярных транзисторов, резисторов и смещения нуля усилителя. Влияние изменения напряжения питания (Line Regulation) определяется качеством схемы и его можно сделать очень малым.
Подстройкой при нормальной температуре нетрудно получить начальную точность лучше 1%.
Это также несколько уменьшает температурный дрейф, если подстраивать резистор внутри схемы, а не просто масштабировать выходное напряжение.
С температурным дрейфом сложнее. В обычном опорнике с компенсацией 1-го порядка не получить дрейф меньше 50-100 ppm/град. Нужно усложнять схему компенсацией более высокого порядка, тогда зависимость выходного напряжения от температуры уже не параболическая и можно достичь большего. Но сложных подстроек на разных температурах не избежать.
По моему опыту в технологиях 0.6, 0.25 и 0.18 um особой разницы в схемотехнике опорников нет.
Схемы меняются, когда питание уже не позволяет получить 1.2 В на выходе, тогда обеспечивают часть опорного напряжения, например, 0.6 В (1.2 В / 2). Соответственно это возможно при более низких питаниях. Также, если нужно более низкое опорное напряжение, то используют низковоьтные схемы.

вопрос не в схемотехнике и напряжении питания. Насколько понимаю для получения температурной стабильности <20ppm/'C использование схем с квадратурной коррекцией температурной нелинейности штука обязательная. Интересен именно аспект разрросов в массовом производстве на современных технологиях. Ведь разбросы биполярных транзисторов в отличии от CMOS при переходе на более тонкий процесс изменяются не столь значительно. Вопрос и основной интерес заключался в том, позволяет ли однократная оптимизация под конкретный процесс в дальнейшем обеспечивать <2% точности и <20pp/'C температурной стабильности без калибровки на каждой партии в массовом производстве, ибо температурный измерения на пластине, да и в корпусе здорово удорожают изделие. Что можно сказать по этому поводу?

Без калибровки или подстройки <20pp/'C температурной стабильности не получится.
Фабрика имеет полное право выпускать пластины с разбросом элементов, указанным в спецификации процесса. Поэтому вы всегда можете рассчитать результат по худшему случаю.
И опыт здесь на поможет. Сегодня вышли пластины с элементами typical, завтра - slow, послезавтра - fast, все это нормально, претензий предъявить нельзя.

Поможет, поможет. Тут ведь главное согласование элементов, а не то, по slow или fast получилась конкретная пластина.

[Без калибровки или подстройки <20pp/'C температурной стабильности не получится.
Фабрика имеет полное право выпускать пластины с разбросом элементов, указанным в спецификации процесса. Поэтому вы всегда можете рассчитать результат по худшему случаю.
И опыт здесь на поможет. Сегодня вышли пластины с элементами typical, завтра - slow, послезавтра - fast, все это нормально, претензий предъявить нельзя.
[/quote]

Это из конкретного опыта? Поясню сомнения. Положим, что напряжение референса определяется
соотношением: Vref = Vbe + Ku x (dVbe + Vos) + Vcor(T) + dVcor(P,V,T). Здесь при переходе на более тонкий процесс при сохранении размеров основных компонентов Vos и dVcor(P,V,T) уменьшаются. Ku определяется отношением. За разброс Vbe, определяющийся в основном разбросом рабочей точки, можно побороться схемотехникой. А вот что в сухом остатке может сказать практика. Что?

Это понятно. Вопрос в том как при наличии подстройки заложенной в схеме реально совершать подстройку на потоке при комнатной температуре без температурного скана (поскольку температурный скан на потоке - это нереально). У меня в схеме подстраивается один из резисторов бандгапа и я заметил по результатам симуляций что если подстраивать выходное напряжение для каждого угла процесса, то одновременно приблизительно правильно подстраивается и положение температурного пика. Но это при условии точности моделей, а из моего тестирования уже видно что модели не на столько точны чтобы расчитать точное выходное напряжение. SM прав, скорее всего это из-за неточности ТК в модели резисторов. Вот и возникает вопрос: на практике, если имеется подстраиваемый бандгап и если его подстраивать на потоке только по выходному напряжению на одной температуре, какой реальной точности можно добиться?

А так, к слову, если виноваты ТК резисторов, то может есть какая-то возможность что-то замерить в лабораторных условиях и поправить модели? А потом с поправленными моделями вычислить что нужно?

И еще Господа необходимо помнить. Что биполяр в CMOS это как вы знаете "паразит".
Поэтому многие фабрики (например наша корейская) дает для него параметры только на type.
При чем экспериментально и на моделировании проверенно что параметры BG а итенно Vref и TC очень сильно завися от IS и BS т.е обратного тока и коэффичиента усиления транзистора. Причем разбросы в спайсах частенько просто не дают. Поэтому если у вас спайс только тайп то попробуйте погонять IS и BS процентов эдак на 100(причем это типовое, реально я думаю получается и все 300%) и вы увидите результат. Замечено что очень сильно влияет IS (причем и по теории это все можно подтвердить). Поэтому если нет всех spice то требуйте хотябы PCM data со старых проектов, может там чего и нароете.

Лучше использовать биполярник в режиме диода, тогда BS не будет влиять, но IS конечно же влияет. У TSMC кстати есть углы в моделях биполярников.

Уважаемый evi а немогли бы вы выбросить сюда уход IS в процентах по углам для какой нибудь технологии для сравнения

У процесса TSMC018 вариации по углам (не считая температурных трендов):
IS: +-30%
BF:+-15%

О как... А у меня вот от трех фабов разных, включая и (!) TSMC, техн. файлы, на 0.35 mixed mode, и везде по биполярникам и диодам хрен вам, а не углы. Даже в PCM нет о биполярнике ничего.

Странно, обычно в моделях для digital процессов оно не дают углы для биполярников, но для mixed mode должны давать. А в PCM надо специально запрашивать опции по биполярникам и по всяким другим нестандартным девайсам, по умолчанию они этого не дают если их не попросить.

Спасибо за подсказку. А то даны только модели биполярников 5х5 и 10х10 um плюс их топология, и никаких углов.

Граждане, тут есть еще один очень тонкий вопрос! В каком те
мпературном диапозоне нужны 20ppm ?
И еще вопрос, автор темы говорит что бандгап с подстройкой. с подстройкой чего?
ТКН или значения выходного напряжения? (бывает и такое и такое)

Вообще ppm - не вполне удобная характеристика для бандгапов, поскольку производная кривой меняется в пределах температурного диапазона. Чаще используют полную погрешность в данном темп. диапазоне.

Подстраивают обычно один из резисторов в плече бандгапа, это влияет как на ТКН, так и на значение выходного напряжения.

Это все так, но в различных проектах на первый план ставят температурную стабильность и тогда борятся за нее при это не сильно заботясь о значении выходного напряжения любо бывает и обратная ситуация.
И тогда подстраивают не резистор.
О ppm эта довольно удобная характеристика с точки зрения измерений и похоже это растет от тест инженеров.

Ну правильно, если надо кроме темп. стабильности еще и абс. стабильность вых напряжения, делают еще и дополнит подстройку.

1. Если разница между результатами моделирования и измерений вас не устраивает, покопайтесь в моделях и опциях симулятора, в своем тестбенче.

2. Даже если у вас есть только типичные модели, источниками напряжения можно повариировать пороговое напряжение до +/- 20% - это типичное покрытие разброса 3sigmasnsp & 3sigmafnfp.

3. Поинтересуйтесь до каких температур могут быть достаточно точно описаны ваши модели. За границами этого диапазона они обычно линеаризуются и не отображают точного поведения.

4. В "стандартной" или "цифровой" КМОП технологии на подложке р-типа обычно используется диод р+-n-карман. Это "паразит", который мониторится не всеми фабами. Но разброс характеристик даже этого паразита меньше, чем разброс параметров МОПТ. Разброс Vbe вверх-вниз оборачивается линейной зависимостью выходного напряжения от этого разброса.

5. Учли ли вы "разсогласование" aka mismatch? При этом дизайнер обычно вспоминает Пелгрома, кстати есть несколько изысков, подтверждающих его правоту как минимум до 0.05мкм. В статье можете посмотреть разброс Vbg на одной пластине (Рис. 9).

http://www.stanford.edu/class/ee371/handouts/pelgrom89.pdf

6. "Стандартных" БГ много. Подстройка действительно проводится по темп. зависимости и по уровню выходного напряжения и более или менее одинакова для всех "стандартных" типов.

Естественно что опции симулятора самые консервативные, и монте-карло крутил. В нашем процессе есть все - и углы МОПов, диодов, биполярников, и mismatch заложен. Но неточность симуляции в принципе не главная проблема, вопрос был не в этом, а в том как подстраивать по темп. зависимости если на потоке тестирование производится только при одной температуре.

Честно говоря не слышал о подобном, на ум приходит только одно - если есть какие-либо статистически закрепленные наборы значений Vbg при комнатной темп-ре, то вы можете заранее с опреленной долей вероятности сказать, что например, в этом случае Vbg = 1,22V, из статистических данных известен набор кривых для данного значения кыходного напряжения и соответсвенно набор битов для подстройки. И статистика должна быть основана на очень большом кол-ве предварительных измерений. Далее вы выбираете кривую по душе:

Хотите компенсировать RC Осциллятор - выберете возрастание напряжения с ростом температуры. Хотите компенсировать компараторную петлю DAC регулировки charge pump - наоборот dv/dT=0 при низких температурах. Как нравится одним словом.

Но опять же, я не уверен, что есть методика определения формы колокола без измерений при различных значениях температуры с точной последующей подстройкой.

В том-то и дело.