CN106777545B - 一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统 - Google Patents

一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统，该方法包括如下步骤：收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据；根据测量的噪声数据建立常温下的的电阻闪烁噪声模型；对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合；于拟合结果满足要求时，建立与温度相关的电阻闪烁噪声模型；对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，本发明可以更加准确表征与器件在不同温度下的噪声特性，从而建立更为精确且实用性更广的模型。

Description

一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种考虑温度效应的电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统。
背景技术
随着目前超大规模集成电路中模拟和射频电路的大量使用，影响电路模拟和射频性能的各种半导体器件的噪声特性及其建模仿真愈来愈引起人们的重视，能够准确全面地表征集成电路的最小单元器件的噪声特性已经成为业界专业人士努力追求的目标。在目前大量使用模拟和射频电路的超大规模集成电路中，半导体器件不管是主动器件像MOSFET、BJT还是被动器件像电阻R等都会产生各种噪声。按照最基本的定义，噪声可以理解为干扰正常信号设计的扰动，它是一系列随机信号的总和，涵盖了不同随机产生的兼具幅度和相位的频率因素，尽管持续的均值可以通过测量被定量分析，但是任何瞬态的实际值是无法被预测的。对于被动器件而言，噪声的主要种类有热噪声(Thermal noise)和闪烁噪声(1/fFlicker noise)。闪烁噪声又叫1/f噪声，其功率频谱密度基本上与频率成反比。闪烁噪声是低频噪声，其主要影响器件的低频性能。
在先进集成电路里，电阻的噪声特性特别是闪烁噪声(1/f)及其建模受到越来越多的重视，尤其是高性能的模拟电路中更为重要。图1为现有技术中电阻闪烁噪声(1/f噪声)模型建立流程图。如图1所示，该电阻闪烁噪声模型建立步骤如下：
步骤101，测量不同W，L的电阻在不同的电压偏置时，在不同的频率下的频谱噪声数据。
步骤102，建立相应的电阻闪烁噪声模型。现有技术中，该电阻闪烁噪声模型公式如下：
Sir＝KF*IAF/(Leff Lf*Weff Wf*fEf)
其中，KF、AF、Ef为闪烁噪声模型参数，Leff、Weff为电阻器件的有效长度和宽度(Leff＝L-2*dl,Weff＝W-2*dw,其中dl，dw是在电阻模型中抽取出来的参数)，Lf、Wf为有效长度宽度因子，与Leff、Weff是幂指关系，f与I为电路的频率及电流。
步骤103，对该电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合。
步骤104，进行模型验证，对模型进行连续性、稳定性验证，以保证整个模型的可使用性。
可见，现有的电阻的1/f模型里，没有考虑温度对其特性的影响。而在实际情况中，不同的温度情况下，电阻里面的界面态情况是有差别的，导致其对电阻的性能影响是不同的，模型不够精确进而实用性不广。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统，其在原有的电阻1/f模型基础上调整函数，引入与温度相关的函数，并通过调整与温度相关的参数，使得该电阻闪烁噪声模型可以更加准确表征与器件在不同温度下的噪声特性，从而建立更为精确且实用性更广的模型。
为达上述及其它目的，本发明提出一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，包括如下步骤：
步骤一，收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据；
步骤二，根据测量的噪声数据建立常温下的的电阻闪烁噪声模型；
步骤三，对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合；
步骤四，于拟合结果满足要求时，建立与温度相关的电阻闪烁噪声模型；
步骤五，对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合。
进一步地，于步骤五后，还包括：于拟合满足要求时，对该与温度相关的电阻闪烁模型进行模型验证。
进一步地，于步骤三中，若拟合结果不满足要求时，则返回步骤二。
进一步地，于步骤五中，若拟合结果不满足要求时，则返回步骤四。
进一步地，于步骤四中，该与温度相关的电阻闪烁噪声模型公式如下：
Sir＝KF(T)*IAF(T)/(Leff Lf*Weff wf*fEf(T))
Figure BDA0001162131250000031
Figure BDA0001162131250000032
Figure BDA0001162131250000033
其中，
Figure BDA0001162131250000034
为常温下闪烁噪声模型参数，TC1、TC2分别为一次项、二次项温度系数，Leff、Weff为电阻器件的有效长度和宽度，Lf、Wf为有效长度宽度因子，f与I为对应电路的频率及电流。
进一步地，该方法适用于各种类型的电阻模型，包括扩散电阻与poly电阻。
为达到上述目的，本发明还提供一种电阻闪烁噪声模型的建立系统，包括：
噪声数据测量单元，用于收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据；
常温1/f模型建立单元，用于建立并修改常温下的的电阻闪烁噪声模型；
第一拟合单元，用于对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，于拟合结果满足要求时启动温度相关1/f模型建立单元；
温度相关1/f模型建立单元，用于建立并修改与温度相关的电阻闪烁噪声模型；
第二拟合单元，用于对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合。
进一步地，该系统还包括模型验证单元，以于该第二拟合单元的拟合结果满足要求时，对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行模型验证。
进一步地，该与温度相关的电阻闪烁噪声模型公式如下：
Sir＝KF(T)*IAF(T)/(Leff Lf*Weff wf*fEf(T))
Figure BDA0001162131250000041
Figure BDA0001162131250000042
Figure BDA0001162131250000043
其中，
Figure BDA0001162131250000044
为常温下闪烁噪声模型参数，TC1、TC2分别为一次项、二次项温度系数，Leff、Weff为电阻器件的有效长度和宽度，Lf、Wf为有效长度宽度因子(一般采用默认值为1)，f与I为对应电路的频率及电流。
进一步地，该建立系统适用于各种类型的电阻模型，包括扩散电阻与poly电阻。
与现有技术相比，本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统通过在原有的电阻1/f模型基础上调整函数的表达式，引入与温度相关的函数，通过调整与温度相关的参数，使得该电阻闪烁噪声模型可以更加准确表征与器件在不同温度下的噪声特性，从而建立更为精确且实用性更广的模型。
附图说明
图1为现有技术中电阻闪烁噪声(1/f噪声)模型建立流程图；
图2为本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立方法的步骤流程图；
图3为本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立系统的系统架构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，包括如下步骤：
步骤201，收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据。在本发明具体实施例中，采用noise相关的测量软件在手动机台上收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据。
步骤202，建立并修改常温下的的电阻闪烁噪声模型，也就是现有的模型，在这过程中，可以得到
Figure BDA0001162131250000051
的参数。
步骤203，对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，若拟合结果不满足要求，则返回步骤202，否则进入步骤204。具体地说，通过对常温下的电阻闪烁噪声测量数据添加趋势线，使模型仿真出来的点形成的趋势线的斜率去匹配测量趋势线斜率，达到拟合的效果。若拟合结果不满足要求，则返回步骤202，否则进入步骤204。
步骤204，建立并修改与温度相关的电阻闪烁噪声模型，该与温度相关的电阻闪烁噪声模型的公式如下所示：
Sir＝KF(T)*IAF(T)/(Leff Lf*Weff Wf*fEf(T))
Figure BDA0001162131250000052
Figure BDA0001162131250000053
Figure BDA0001162131250000054
其中，
Figure BDA0001162131250000055
为常温下闪烁噪声模型参数，通过步骤203可以得到的，TC1、TC2分别为一次项、二次项温度系数，Leff、Weff为电阻器件的有效长度和宽度，Lf、Wf为有效长度宽度因子(一般取值1)，f与I为电路的频率及电流。
步骤205，对温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，若拟合结果不满足要求，则返回步骤204，若拟合结果满足要求，则进入步骤206。具体地，通过对不同温度下的电阻闪烁噪声测量数据添加趋势线，使模型仿真出来的点形成的趋势线的斜率去匹配测量趋势线斜率，达到拟合的效果，从该步骤中可以得到与不同温度相关的噪声参数TC1KF、TC2KF、TC1AF、TC2AF、TC1EF、TC2EF，若拟合结果不满足要求，则返回步骤204，若拟合结果满足要求，则进入步骤206
步骤206，进行模型验证。对模型进行连续性、稳定性验证，以保证整个模型的可使用性。
例如，为了表征不同温度下电阻1/f的噪声特性，测量不同的温度-40，-15，25，85，125下的noise数据。首先会对常温条件下(25度)测量的noise数据，调整系数
Figure BDA0001162131250000061
进行拟合，然后开始调整与温度相关的函数系数，进行1/f模型与data拟合，这样就可以得到与温度相关的电阻1/f噪声模型，本发明这种新型电阻1/f模型能够更好的反映器件在不同温度下的噪声特性，设计者可以在开始设计的时候将该因素考虑进去，这样就使得该新型电阻1/f噪声模型实用性更广。
图3为本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立系统的系统架构图。如图3所示，本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立系统，包括：噪声数据测量单元301、常温1/f模型建立单元302、第一拟合单元303、温度相关1/f模型建立单元304、第二拟合单元305以及模型验证单元306。
其中，噪声数据测量单元301用于收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据；常温1/f模型建立单元302，用于建立并修改常温下的的电阻闪烁噪声模型，也就是现有的模型，在这过程中，可以得到
Figure BDA0001162131250000062
的参数；第一拟合单元303，用于对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，于拟合结果满足要求时启动温度相关1/f模型建立单元304，具体地说，第一拟合单元303通过对常温下的电阻闪烁噪声测量数据添加趋势线，使模型仿真出来的点形成的趋势线的斜率去匹配测量趋势线斜率，达到拟合的效果；温度相关1/f模型建立单元304，用于建立并修改与温度相关的电阻闪烁噪声模型，该与温度相关的电阻闪烁噪声模型的公式如下所示：
Sir＝KF(T)*IAF(T)/(Leff Lf*Weff wf*fEf(T))
Figure BDA0001162131250000063
Figure BDA0001162131250000064
Figure BDA0001162131250000065
其中，
Figure BDA0001162131250000066
为常温下闪烁噪声模型参数，TC1、TC2分别为一次项、二次项温度系数，Leff、Weff为电阻器件的有效长度和宽度，Lf、Wf为有效长度宽度因子，f与I为电路的频率及电流。
第二拟合单元305，用于对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，并于拟合结果满足要求时，启动模型验证单元306，具体地，通过对不同温度下的电阻闪烁噪声测量数据添加趋势线，使模型仿真出来的点形成的趋势线的斜率去匹配测量趋势线斜率，达到拟合的效果，通过第二拟合单元305可以得到与不同温度相关的噪声参数TC1KF、TC2KF、TC1AF、TC2AF、TC1EF、TC2EF；模型验证单元306用于对该与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行模型验证，即对模型进行连续性、稳定性验证，以保证整个模型的可使用性。
可见，本发明一种电阻闪烁噪声模型的建立方法及系统通过在原有的电阻1/f模型基础上调整函数的表达式，引入与温度相关的函数，通过调整与温度相关的参数，使得该电阻闪烁噪声模型可以更加准确表征与器件在不同温度下的噪声特性，从而建立更为精确且实用性更广的模型。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、提高了电阻闪烁噪声模型拟合精度，拟合温度范围。
2、引入以温度相关的函数，能方便建模，且更好的反应电阻的噪声温度特性。
3、本发明适用于各种类型的电阻模型，例如扩散电阻、poly电阻等。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，包括如下步骤：
步骤一，收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据；
步骤二，根据测量的噪声数据建立常温下的的电阻闪烁噪声模型；
步骤三，对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合；
步骤四，于拟合结果满足要求时，建立与温度相关的电阻闪烁噪声模型；
步骤五，对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合；
其中，所述步骤四中，所述与温度相关的电阻闪烁噪声模型的公式如下：
Sir＝KF(T)*IAF(T)/(Leff Lf*Weff Wf*fEF (T))
Figure FDA0002568684100000011
Figure FDA0002568684100000012
Figure FDA0002568684100000013
上式中，KF、AF、EF 为闪烁噪声模型参数，
Figure FDA0002568684100000014
为常温下闪烁噪声模型参数，TC1、TC2分别为一次项、二次项温度系数，Leff、Weff分别为电阻器件的有效长度和宽度，Lf和Wf分别为有效长度宽度因子，f与I分别为对应电路的频率及电流。
2.如权利要求1所述的一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，其特征在于：于步骤五后，还包括：于拟合满足要求时，对该与温度相关的电阻闪烁模型进行模型验证。
3.如权利要求2所述的一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，其特征在于：于步骤三中，若拟合结果不满足要求时，则返回步骤二。
4.如权利要求2所述的一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，其特征在于：于步骤五中，若拟合结果不满足要求时，则返回步骤四。
5.如权利要求2所述的一种电阻闪烁噪声模型的建立方法，其特征在于：该方法适用于扩散电阻与poly电阻。
6.一种电阻闪烁噪声模型的建立系统，用于进行如权利要求1～5任一项所述的电阻闪烁噪声模型的建立方法，其特征在于，所述电阻闪烁噪声模型的建立系统包括：
噪声数据测量单元，用于收集与电阻尺寸、工作温度相关的频谱噪声数据；
常温1/f模型建立单元，用于建立并修改常温下的的电阻闪烁噪声模型；
第一拟合单元，用于对常温下的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合，于拟合结果满足要求时启动温度相关1/f模型建立单元；
温度相关1/f模型建立单元，用于建立并修改与温度相关的电阻闪烁噪声模型；
第二拟合单元，用于对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行曲线拟合。
7.如权利要求6所述的一种电阻闪烁噪声模型的建立系统，其特征在于：该系统还包括模型验证单元，以于该第二拟合单元的拟合结果满足要求时，对与温度相关的电阻闪烁噪声模型进行模型验证。
8.如权利要求6所述的一种电阻闪烁噪声模型的建立系统，其特征在于：该建立系统适用于扩散电阻与poly电阻。
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