什么是Mismatch Model？MBP中如何实现Mismatch Model？

时间： 2024-10-10 来源：芯昌科技官网

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如图所示，是基本的电流镜的电路图，它能在很大电压范围内产生或抽取一个固定的电流。当我们设计电流镜时，如果用两个相同的MOSFET M1和M2，其均工作在饱和区，在理想情况下，M2管的漏电流Id2等于M1管的漏电流Id1。

但是由于工艺生成当中，在同一片Wafer上的不同Die之间，即使两个设计相同的器件（例如，完全相同的性质，几何形状等）可能会由于失配而在硅片上显示不同的电行为。造成差异的主要原因是整个晶圆的local processvariance。失配会影响最终产品的成品率和可靠性。因此，一个准确的失配模型是必要的，以确保许多模拟和数字电路的稳健设计。

我们在模拟电路设计中，通常将失配分为随机失配和系统失配。随机失配是由于微观随机物理机制产生的, 即使两个版图完美匹配的器件也存在随机性失配，随机性失配与器件面积有关。系统失配是由于版图不够匹配造成的固定失配, 比如MOS朝向不同Vth应该会有一定偏差。工艺模型中的mismatch数据通常是工艺厂在版图完美匹配的情况测量的随机性失配数据, 所以前仿真可以检查随机性失配, 其结果应该是最优的结果。后仿真会增加版图的走线寄生参数, 如果是BSIM4的MOS还会有LDE相关的参数（比如LOD, WPE)，如果由于版图不够完美造成这些参数不匹配，则后仿真可以看到系统失配。

Keysight MBP支持所有主要半导体器件的Mismatch Model建模和仿真，如mosfet，BJT，RES和Capacitor。今天主要从Mismatch Model 数据的获取，MBP支持的数据格式，如何绘图以及蒙特卡罗（MC）仿真来介绍。

Mismatch数据的测量：

在工艺生成当中，通常会通过PCM（Process Control Monitor）测试监控电参数来对工艺控制起到监控作用，它是反映产品质量的一种手段。所以我们可以通过设计Mismatch 测试项，通过PCM来监控Vth, Idlin, Idsat等来反映Mismatch特性。

MBP中支持的数据格式:

对于Mismatch，MBP 支持两种数据格式。第一个是基于实际测量数据，而另一个输入Target的均值（median）和标准差（sigma）。第一种，是实际测试的数据。

数据文件的第一行以关键字miscondition开头，包含日期和设备类型等信息。第二行定义了所有与页面相关的信息。圆括号()内的信息包含Page的名称、target、scale和P变量。大括号{}中的信息声明了Page的常量，包括偏置条件和温度。后一部分是数据块信息。每个曲线块总是以{L, W}开头。所有数据信息都在后面列出。在本例中，数据信息是具有相同几何形状的两个相邻设备之间的阈值电压差(Δvth_gm)。

第二种，是sigma形式的数据

在这种格式中，数据文件的第一部分包含一般信息，corner类型、日期、数据类型、器件类型、实例、条件和目标。数据文件的第二部分包括数据块信息。第一行以变量后面的关键字Data开头。然后从第二行给出所有数据。Note:每一行中的最后两个值对应于目标的平均值和标准差。Data 40, 5,25, 0.05, 3, 0, 0, 6.448e-4 意味着 L=40um,W=5um,T=25C, Vds=0.05V, Vgs=3V, Vbs=0, ΔIds(mean) =0, ΔIds(sigma)=6.448e-4A.

绘图配置

如图所示，图中显示了σ(ΔVth_gm)对*1/sqrt (W*L)的值，以及趋势斜率线。模拟点和趋势线用蓝色表示，测量数据和趋势线用紫色表示。

蒙特卡罗（MC）模拟：

MBP内部引擎支持Mismatch Model的蒙特卡罗分析。可以右键单击plot并选择Set MonteCount。然后，设置一个合适的数字（通常设置1000）。数值越大，结果越准确，但也会导致模拟时间越长。

示例：

例子目录：$MBPHOME\demo\Mismatch\mosfet。这里，$MBPHOME是MBP的安装路径。文件夹中有以下几个文件:

demo_model.l: hspice 格式的初始模型卡。

demo_spectre.l:spectre 格式的初始模型卡。

param.txt: 提取流程中使用的参数列表。

mis_data.mea: 第一种方式的数据。

mis_data_sigma.mea: 第二种方式的数据。

MBP中抽取Mismatch Model
首先，设置Model Type。

然后，加载Model及数据。

通过对Mismatch参数的调谐，可以抽取出Mismatch Model参数。

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