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芯片設計與制造中提到的Corner以及SS/TT/FF是什么?

嘉峪檢測網(wǎng)        2025-10-25 16:46

芯片制造領域,Corner(工藝角)這一概念用于定量刻畫因制造工藝導致的個體間性能差異。芯片制造時,如摻雜 (doping) 濃度、擴散 (diffusion) 深度、刻蝕 (etch) 程度,退火 (anneal) 這些工藝偏差,會使不同批次芯片或同一批次的不同晶圓,甚至同一晶圓上的不同die,都會在性能上產(chǎn)生variation。"

 

為精準描述這些差異,業(yè)界引入了 PVT(Process,Voltage,Temperature,即工藝、電壓、溫度)概念。其中,工藝(process)維度進一步細分為不同的 Corner,也就是工藝角,典型的工藝角有TT, SS, FF, SF, FS.這里 S 代表 Slow,T 代表 Typical,F(xiàn) 代表 Fast。對我們CMOS 集成電路而言,里面包含 NMOS 和 PMOS 兩種,那么兩個字母分別對應其中一種 MOS 管,如第一個 T 代表 NMOS,那么另一個 T 就代表 PMOS,這里 TT 就代表 NMOS 和 PMOS 都是 typical。通常我們用的 corner 都是指兩個 MOS 管在相同的速度下,對于一些敏感的模擬電路,還需要 SF 或者 FS 這種 corner。典型是這五種 corner 測試,當然,也有更為嚴苛的將所有九個工藝角都測的。

芯片設計與制造中提到的Corner以及SS/TT/FF是什么?

正常情況下管子大部分是 TT 狀態(tài),而以上5種 corner 在 ±3σ 可以覆蓋約99.73%的范圍。對于管子而言我們最關心的是閾值電壓 VT 和漏極電流 IDS,如果要使你的電路風險最低,那么就要有足夠的 margin,也就是說所有的 PVT 仿真都得通過,這里最主要的就是 SS 通過,SS 能通過那么一般就沒有問題。

 

Corner analysis 是 Monte Carlo 模擬的一種替代方法,通過綜合考慮單個器件參數(shù)變化的影響,來確定器件或電路級別的性能變化。然后,將最壞情況和最佳情況的性能變化確定為 corner。例如,當閾值電壓 VT、遷移率 μ 和氧化物電容 Cox 發(fā)生變化時,我們可以繪制 N 型金屬 - 氧化物 - 半導體場效應晶體管(NMOS)和 P 型金屬 - 氧化物 - 半導體場效應晶體管(PMOS)的速度曲線。

芯片設計與制造中提到的Corner以及SS/TT/FF是什么?

從工藝角度而言:針對摻雜情況,SS 的 VT 偏高,MOS 管開關速度變慢,IDS 偏小,但漏電也降低,F(xiàn)F 為 VTH偏低,MOS 管開關速度變快,IDS 偏大,但漏電也會增加。

從電壓角度而言:S/T/F 對應的 VDD 電壓可以是 1.1V-10%,1.1V,1.1V+10%,VDD 越大,MOS 管的 IDS 越大,MOS 管的速度也就越快,同時功耗也會隨之增加。

從溫度角度而言:S/T/F 分別對應 LT(低溫)/RT(常溫)/HT(高溫),如常見的-40℃/25℃/125℃。

 

 

SS(Slow - Slow):指 NMOS 和 PMOS 速度均偏慢。芯片工作速度最慢,電路延遲增加,如微處理器指令執(zhí)行時間變長,但因晶體管性能弱、開關動作慢,功耗相對較低。

TT(Typical - Typical):芯片性能處于典型狀態(tài),NMOS 和 PMOS 性能在正常模擬范圍內(nèi)。工作速度與功耗在設計預期區(qū)間,數(shù)字電路各性能指標符合規(guī)格,能穩(wěn)定工作。FF(Fast - Fast):NMOS 和 PMOS 速度較快,因制造工藝使晶體管性能好。芯片工作速度最快、電路延遲最小,利于高頻電路,但開關速度快致瞬態(tài)電流大,功耗較高。

 

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來源:十二芯座

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