【摘 要】
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校准技术在集成电路设计领域一直以来都扮演着重要角色,对于传统的通用芯片设计而言,投入成本高,设计周期长使得一个完整的芯片设计不能出现任何的差错,甚至对于一些要求很高的芯片,还必须保证完美的性能。然而在芯片制造的整个流程中包含了很多不可控的因素,因此在不同的设计及制造阶段都需要分析影响因素并进行相应的校准,以减小过程误差。器件是组成电路的基本元素,电路的功能仿真是芯片制造的基础。因此本论文选取自旋转
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校准技术在集成电路设计领域一直以来都扮演着重要角色,对于传统的通用芯片设计而言,投入成本高,设计周期长使得一个完整的芯片设计不能出现任何的差错,甚至对于一些要求很高的芯片,还必须保证完美的性能。然而在芯片制造的整个流程中包含了很多不可控的因素,因此在不同的设计及制造阶段都需要分析影响因素并进行相应的校准,以减小过程误差。器件是组成电路的基本元素,电路的功能仿真是芯片制造的基础。因此本论文选取自旋转矩磁隧道结（Spin-Torque-Transfer Magnetic Tunnel Junction,STT-MTJ）器件和温度传感器电路两方面,研究了校准技术对提高集成电路设计效率和实现集成电路预期功能方面的重要性:1、针对STT-MTJ器件在测量过程中由测量设备等外界因素引起的测量结果不准确现象,提出了一种基于TRL（Thru-Reflect-Line）校准的去嵌法。基于电源完整性仿真设计和制造了所需要的不同类型PCB板,然后对STT-MTJ器件在高频下进行测量校准,通过实验数据对比发现,该方法有效地消除了由测量仪器、连接线、夹具和测量基板产生的信号传输损失等影响。获得了器件更为准确的电学特性。2、针对电路仿真过程中缺少需要用到的器件参数等问题,对校准后的STT-MTJ器件进行高频等效电路建模,并通过射频仿真和参数转换对等效电路模型进行参数提取,然后仿真验证模型对器件静态特性和动态特性预测的准确性,所建立的等效电路模型可供研究人员进行嵌入式电路仿真,可以有效的提高仿真效率。这些都以对器件准确的测量校准为前提。类似的研究方法可以用来设计器件的工艺模型以便EDA软件调用仿真。3、针对有高线性度要求的温度传感器电路的仿真结果与实际制造后的产品之间出现的误差等现象,对CMOS温度传感器电路进行了模块设计与基本原理性电路仿真,仿真结果表明工艺过程引起的部分器件参数的变化,会导致整体温度输出曲线发生严重的非线性现象。4、针对温度传感器电路仿真出现的输出电压非线性现象,分析了可能造成这种现象的原因,确定了电阻在工艺过程中产生的偏移会导致非线性,然后针对不同的校准需求设计了对应的校准方案。根据校准后的电路仿真和数据分析,可以得到所设计的具有校准功能的CMOS温度传感器的总体性能:测温范围为-40℃～125℃,工作电压为2.8V～6 V,温度输出曲线斜率约为8.65 m V/℃,测温误差小于±0.5℃。线性拟合的相关系数为0.99996,这表明所设计的温度传感器在使用了校准电路的情况下可以满足线性化输出的设计要求。
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