【运放设计】折叠共源共栅运放版图设计要点

折叠共源共栅运放版图设计要点

Folded Cascode OTA是模拟版图设计的经典案例，也是面试高频考点。本文详解其版图设计的每个细节。

一、电路结构回顾

Folded Cascode OTA由以下部分组成：

• 差分输入对：M1/M2（NMOS差分对）
• 负载电流镜：M3/M4（PMOS电流镜）
• 共源共栅管：M5/M6（NMOS Cascode）
• 共源共栅管：M7/M8（PMOS Cascode）
• 偏置电路：提供各管的栅极偏压

二、Floorplan规划

    [偏置电路]
    [M3  M4]     <- PMOS电流镜
    [M5  M6]     <- NMOS Cascode
    [M1  M2]     <- 差分输入对（中心位置）
    [M7  M8]     <- PMOS Cascode
    [输出级]

关键原则：信号流从输入到输出，避免交叉。

三、差分对版图

• 必须使用共质心匹配，4管交叉排列
• 差分对放在版图中心位置
• Dummy管放在两端保护有效器件
• 走线严格对称，避免引入offset

; 差分对共质心布局
; M1a M2a M1b M2b
; M2b M1b M2a M1a

四、电流镜匹配

• 电流镜管子需要共质心匹配
• W/L比必须与原理图完全一致
• 电流镜的Dummy管也需要正确连接
• 电流镜走线要短，减少寄生电阻

五、Guard Ring设计

• 整个OTA模块外围加一圈Guard Ring
• NMOS区域用N+ Guard Ring接VDD
• PMOS区域用P+ Guard Ring接VSS
• Guard Ring宽度至少0.5um

六、系统性偏移（Systematic Offset）

版图不对称会导致系统性偏移。减少方法：

• 所有匹配器件同一方向
• 走线长度和宽度对称
• 接触孔数量和位置对称
• 温度梯度考虑（远离热源）

七、实际版图检查清单