集成电路 噪声

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1、集成电路中的噪声产生机理总结及其抑制方法讨论SummaryofthegenerationmechanismsfornoiseprobleminVLSIandthediscussionaboutsuppressionmethodsforit姓名：李旭瑞学号：52111213002专业：华东师范大学微电子2011年12月综述：噪声指在导体中热激励的电荷载体构成了随机变化的电流，引起随机的电压。噪声限制了电路能够正确处理的最小电平信号，它与功耗、速度和线性度相互制约，是进行模拟电路设计时要考虑的重要因素。本文首先介绍了集成电路中由器件产生的噪声，然

2、后介绍了电路系统级的噪声，并针对不同的噪声机理总结出一些防治方法。最后介绍了一类需要特别考虑噪声的电路类型:集成运放电路的噪声。并且报导了一篇最近在IEEE上发表的英文文章中提出的一个可编程增益放大器中处理噪声的优越表现。第一节半导体器件中的噪声热噪声、散粒噪声和闪烁噪声是集成电路器件常见的三种噪声源。热噪声：热噪声由导体中的不规则热运动造成，电路模型为一个串联的电压源或并联的电流源，为波特曼常数，T是绝对温度，是噪声带宽。热噪声等效电路模型散粒噪声：散粒噪声〔shotnoise）又称为Schottky噪声，基本原因是电子电荷的粒子性。发生散

3、粒噪声必须满足两个条件，1、必须要有直流流过并且:2、存在电荷载体跃过的电位壁垒。第二个条件告诉我们，尽管电子电荷存在量子特性，但通常的线性电阻井不产生散粒噪声。载流子流过PN结时可产生散粒噪声，用并联的电流源来表示。其中是噪声电流，q是电子电荷(1.6×10-19C)，IDC是直流电流。一般的频率范围内，热噪声和散粒噪声的功率谱密度与频率无关，统称为白噪声。g-r噪声和1／f噪声：统称为有色噪声，（也称闪烁噪声，粉噪声）。这类噪声的特点是谱密度随频率减小而增加。所以在高频工作时通常不考虑它的影响。它们的形成机理比较复杂，其原因之一是晶格的缺

4、陷。它们在对表面现象敏感的器件中最为突出。因此MOSFET的1/f噪声比双极型器件来更为显著。较大的MOSFET显示较少的1/f噪声，因为它们较大的栅电容使沟道电荷的波动平稳。因此如果想从MOSFET中得到较好的1/f噪声性能，就必须采用实际可行的最大器件尺寸。第二节集成电路系统中的噪声以上分析的是集成电路中半导体器件因素所产生的噪声。然而在大规模集成电路中的噪声不仅仅由孤立的器件所引起，更重要的是由于电路的寄生耦合作用等系统级的噪声。以下将做详细分析。反射噪声：反射是一个传输线效应。在高速系统中，反射噪声增加时延，引起过冲，下冲和振铃。产生

5、反射噪声的根本原因是信号传输路径上存在的阻抗不连续性。当一个信号换层导致了阻抗不连续（制造工艺变化或设计考虑等），在不连续的边界点上就会产生发生反射。当导线越过有孔平面，跨越缝隙，出现分支或靠近相邻导线，此时产生了阻抗不连续，可以观察到反射。如果负载和传输线的特性阻抗不匹配，同样也会发生反射。为了最小化这种反射，常用可行的方法包括阻抗控制（通过线的几何和介质常数），消除分支，选择适当的端接方案（串行，并行，RC，戴维宁等），并且尽量使用一个实心金属平面来做为返回电流的参考平面。串扰噪声：所谓串扰，就是有害信号从一个网络传输到相邻网络，即相邻网

6、线(“进攻者”)上的信号转换会引起其它静止网线(“受害者”)上产生噪声干扰。任何一对相邻比较近的网络之间都存在串扰。这是因为信号沿导线传播时，信号路径和返回路径的部分电场和磁场延伸到周围空间而形成边缘场，若在此边缘场区域里布线，就会产生耦合噪声。串扰噪声包括容性耦合噪声和感性耦合噪声，通常在电路中用互容和互感来描述。这些耦合噪声在互连线上分成两部分，同时向前和向后两个方向传播，所以从传播方向上说，每种耦合噪声又分为前向耦合和后向耦合。容性耦合噪声、感性耦合噪声二者的后向耦合在受扰线的源端叠加形成近端串扰(或后向串扰)，而二者的前向耦合在受扰线

7、的远端叠加形成远端串扰(或前向串扰)。容性耦合电流的传播方向感性耦合电流的传播方向串扰对电路的影响表现在：第一，它会产生噪声毛刺，这种串扰问题称为功能噪声(也称为静态噪声)。当临近导线上的信号在逻辑值之间跳变时，导线间的耦合电容会引起充放电。如果受扰线上的噪声毛刺超过它接收端的输入跳变阈值，功能噪声就会发生，并且会以一种错误的逻辑值形式表现出来最终加载到接收端的寄存器或者锁存器当中。第二，串扰会引发时序错误，这种串扰问题称为延时噪声(也称为动态噪声)。当受扰线和干扰线信号同时跳变时，受扰线上的信号可能会被加速或者减慢，造成受扰线下游逻辑的Se

8、tup或者Hold的违规。电荷分享噪声：电荷分享噪声分为两种，下面以一个电路图来解释它，如图所示。第一种是由于动态电路本身结构造成的。动态电路采用先预冲后运算的工作