高效率半交叉耦合去耦电容器制造技术

去耦电容器电路设计在不牺牲面积效率的情况下促进了高工作频率。为了解除高工作频率和面积效率的有时相反的设计标准，以半交叉耦合(HCC)的方式来连接p沟道场效应晶体管(PFET)和n沟道场效应晶体管。然后由至少一个面积有效电容(AEC)器件来补充HCC电路。半交叉耦合晶体管满足了高频设计要求，同时AEC器件满足了高面积效率要求。该设计消除了一些常规的DCAP设计中工作频率和面积效率之间固有的不期望的折中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效率半交叉耦合去耦电容器
本公开一般涉及用于抑制电源噪声的去耦电容器电路设计，所述去耦电容器电路设计提供高工作频率和高面积效率。
技术介绍
去耦电容器(DCAP)是用于超大规模集成电路(VLSI)设计的配电网络(PDN)的重要部件。这些去耦电容器通过电容器来减少由有源电路元件引起的电源噪声，由此抑制电路中将变为活动的其他元件所察觉到的电源噪声。对于DCAP设计而言有几个考虑因素是很重要的，包括高面积效率、稳健的电性能以及适当的目标工作频率。然而，一些DCAP设计容易受到静电放电(ESD)事件的损害，特别是当晶体管设计进入到超深亚微米和finFET工艺节点时。此外，旨在使DCAP对ESD损害更有抵抗的设计常常会受到高面积效率和高频工作之间的固有折中的阻碍。
技术实现思路
在实施例中，提供了在不牺牲面积效率的情况下产生高工作频率的去耦电容器(DCAP)电路。为了解除高工作频率和面积效率的有时相反的设计要求，以半交叉耦合(HCC)的方式来连接p沟道场效应晶体管(PFET)和n沟道场效应晶体管，并且由至少一个面积有效电容(AEC)器件来补充由此产生的HCC电路。半交叉耦合FET满足了高频设计要求，同时AEC器件满足了高面积效率要求。因此，HCCFET的尺寸能够独立于面积效率来设置电路的工作频率，同时AEC器件的尺寸能够独立于工作频率来设置面积效率。从而，本文所描述的DCAP设计消除了一些常规的DCAP设计中工作频率和面积效率之间固有的不期望的折中。一个实施例提供了一种去耦电容器电路，其包括第一p沟道场效应晶体管(PFET)；第一n沟道场效应晶体管(NFET)；以及至少一个电容器件，其中第一PFET的第一PFET源极和第一PFET主体连接到电压源，第一NFET的第一NFET源极和第一NFET主体接地，至少一个电容器件连接到第一PFET的第一PFET栅极或第一NFET的第一NFET栅极中的至少一个，并且包含至少一个电容器件，在不改变去耦电容器电路的频率响应的情况下增加了去耦电容器电路的面积效率。提供了一种用于抑制电源噪声的方法，其包括：将第一p沟道场效应晶体管(PFET)的第一源极和第一主体连接到电压源；将n沟道场效应晶体管(NFET)的第二源极和第二主体接地；将第一PFET的第一漏极连接到NFET的第一栅极；将NFET的第二漏极连接到第一PFET的第二栅极；将第二PFET的第三漏极、第三源极和第三主体连接到电压源；以及将第二PFET的第三栅极连接到第一PFET的第二栅极。一个实施例提供了一种用于抑制电源噪声的系统，其包括：第一p沟道场效应晶体管(PFET)，其中第一PFET的第一PFET源极和第一PFET主体连接到电压源；第一n沟道场效应晶体管(NFET)，其中第一NFET的第一NFET源极和第一NFET主体接地；以及第二NFET，其中第一PFET的第一PFET漏极连接到第一NFET的第一NFET栅极，第一NFET的第一NFET漏极连接到PFET的第一PFET栅极，第二NFET的第二NFET漏极、第二NFET源极和第二NFET主体接地，并且第二NFET的第二NFET栅极连接到第一NFET的第一NFET栅极。附图说明图1是示出了DCAP设计的示例性方法的电路图。图2是示出了示例性半交叉耦合DCAP设计方法的电路图。图3是提供了高面积效率和高频工作的示例性DCAP设计的电路图。图4是使用单个PFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图5是使用单个NFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图6是示出了针对各种尺寸的AEC器件，图3的DCAP电路的频率响应的曲线图。图7是包含AEC器件的示例性DCAP设计的电路图，其中所述AEC器件包括PFET，所述PFET具有连接到NG节点的栅极、接地的源极和漏极以及连接到VDD的主体。图8是包含AEC器件的示例性DCAP设计的电路图，其中所述AEC器件包括NFET，所述NFET具有连接到PG节点的栅极、连接到VDD的漏极和源极以及接地的主体。图9是包含图7的PFETAEC器件和图8的NFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图10是包含图4的第一PFETAEC器件和图7的第二PFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图11是包含图5的第一NFETAEC器件和图8的第二NFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图12是包含图4的PFETAEC器件和图8的NFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图13是包含图5的NFETAEC器件和图7的PFETAEC器件的示例性DCAP设计的电路图。图14示出了用于制造去耦电容器(DCAP)电路的实施例的流程图。具体实施方式DCAP通常用于VLSI系统的配电网络中，以抑制由有源电路元件引起的电压源噪声或波动，从而保护电路中的其他元件免受可能损坏元件或阻碍其功能的电源电压波动的影响。稳健的DCAP设计的特点在于高面积效率、稳健的电性能和适当的目标工作频率。对于片上的DCAP设计，目标工作频率的范围从工作频率到设计中栅极的开关转换-，从而构成了用于配电网络中的DCAP的高工作频率。图1是示出了DCAP设计的一种方法的电路图。根据这种设计方法，p沟道场效应晶体管(PFET)102的漏极、源极和主体直接连接到电源电压106，并且n沟道场效应晶体管(NFET)104的漏极、源极和主体接地。PFET102的栅极110接地，并且NFET104的栅极112连接到电源电压106。这种设计能够去耦对高工作频率的电源噪声，同时是面积有效的。然而，在晶体管设计进入到超深亚微米和finFET工艺节点时，栅氧化层变得非常薄。因此，图1中的设计能够变得容易受到静电放电(ESD)事件的影响，所述静电放电可能会导致对栅氧化层的损坏，并使电源和接地节点短路。由于栅极110和112直接连接到电源和接地节点，图1中的设计即使在存在ESD钳位的情况下也不能承受极端的ESD事件。栅极材料使用金属而不是多晶硅的设计特别容易受到这个问题的影响。图2是示出了另一种DCAP设计方法的电路图，该方法试图通过将PFET202的源极和主体连接到电源电压208，并且将NFET204的源极和主体接地206，同时以半交叉耦合(HCC)方式连接PFET和NFET的漏极和栅极节点来解决所述问题。也就是说，PFET202的漏极210连接到NFET204的栅极212，而NFET204的漏极214连接到PFET202的栅极216。该设计提供了从电源电压和接地节点通过器件通道到栅极的电阻路径，从而在ESD事件期间保护栅氧化层，直到ESD钳位能够分流过剩电荷。然而，使用图2中的设计，很难同时实现高面积效率和高频工作。这是因为HCC连接使这两个设计目标是直接冲突的。例如，为了实现高面积效率，PFET202和NFET204将需要大沟道来最大化栅极面积。然而，这些大沟道会增加去耦路径的电阻，从而限制了电容电路可能实现的高频去耦的类型。如果减小PFET202和NFET204中的沟道长度以解决这个问题，则面积效率将会受到影响。此外，针对图2所描绘的设计的大沟道会导致高启动时间。该高启动时间是由于“死”区所引起的，在所述死区中，HCC节点被带入到与DCAP运行所需的值相反的状态，并且该设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种去耦电容器电路，包括：第一p沟道场效应晶体管(PFET)；第一n沟道场效应晶体管(NFET)；以及至少一个电容器件，其中所述第一PFET的第一PFET源极和第一PFET主体连接到电压源，所述第一NFET的第一NFET源极和第一NFET主体接地，所述至少一个电容器件连接到所述第一PFET的第一PFET栅极或所述第一NFET的第一NFET栅极中的至少一个，并且所述至少一个电容器件的包含使得在不改变所述去耦电容器电路的频率响应的情况下增加了所述去耦电容器电路的面积效率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.11 US 14/736,8821.一种去耦电容器电路，包括：第一p沟道场效应晶体管(PFET)；第一n沟道场效应晶体管(NFET)；以及至少一个电容器件，其中所述第一PFET的第一PFET源极和第一PFET主体连接到电压源，所述第一NFET的第一NFET源极和第一NFET主体接地，所述至少一个电容器件连接到所述第一PFET的第一PFET栅极或所述第一NFET的第一NFET栅极中的至少一个，并且所述至少一个电容器件的包含使得在不改变所述去耦电容器电路的频率响应的情况下增加了所述去耦电容器电路的面积效率。2.根据权利要求1所述的去耦电容器电路，其中，所述第一PFET的第一PFET漏极连接到所述第一NFET的第一NFET栅极，以及所述第一NFET的第一NFET漏极连接到所述第一PFET的第一PFET栅极。3.根据权利要求2所述的去耦电容器电路，其中，所述至少一个电容器件包括第二PFET，所述第二PFET的第二PFET漏极、第二PFET源极和第二PFET主体连接到所述电压源，以及所述第二PFET的第二PFET栅极连接到所述第一PFET的第一PFET栅极。4.根据权利要求2所述的去耦电容器电路，其中，所述至少一个电容器件包括第二NFET，所述第二NFET的第二NFET漏极、第二NFET源极和第二NFET主体接地，以及所述第二NFET的第二NFET栅极连接到所述第一NFET的第一NFET栅极。5.一种抑制电源噪声的方法，包括：将第一p沟道场效应晶体管(PFET)的第一源极和第一主体连接到电压源；将n沟道场效应晶体管(NFET)的第二源极和第二主体接地；将所述第一PFET的第一漏极连接到所述NFET的第一栅极；将所述NFET...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔佛雷德·杨，罗恩·科汉，
申请(专利权)人：安培计算有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US