模拟版图设计的两种匹配哪种比较好？为什么另一种不太好？
在模拟版图设计中，选择合适的匹配策略至关重要，它直接影响到电路的性能、功耗和稳定性。我们通常会遇到两种主要的匹配方式：寄生匹配（Parasitic Matching） 和 显式匹配（Explicit Matching）。
寄生匹配：顺势而为的“巧匠”
寄生匹配，顾名思义，是利用版图中各种非理想的寄生效应（如寄生电容、寄生电阻、寄生电感）来达到匹配的目的。这种方法就像一位经验丰富的工匠，善于利用材料本身的特性来塑造作品。
寄生匹配的优势：
更小的版图面积： 这是寄生匹配最大的吸引力。通过巧妙地利用衬底、金属层之间的耦合以及工艺 Variations 带来的内在差异，我们可以无需额外增加器件或走线来达到匹配，从而显著减小版图面积。这在现代集成电路设计中尤其宝贵，因为版图面积往往与成本直接挂钩。
潜在的更佳性能（在某些情况下）： 在某些特定应用场景，例如对速度要求极高的射频（RF）电路，利用寄生电感和电容的谐振效应，或者利用工艺 Variations 带来的相对变化来实现匹配，有时反而能获得比显式匹配更优越的性能。这就像利用弹簧的弹性来实现某种动态平衡。
工艺 Variations 的“自带”补偿： 有趣的是，寄生效应往往会随着工艺 Variations 而变化。如果设计得当，利用寄生匹配可以实现一种“自带”的补偿机制。当工艺导致某个器件的参数发生偏差时，相关的寄生参数也可能随之变化，从而在一定程度上抵消了这种偏差对匹配的影响。
更低的功耗（通常）： 由于不引入额外的匹配器件（如电阻、电容），寄生匹配通常可以带来更低的功耗。
寄生匹配的劣势：
高度依赖工艺和版图布局： 这是寄生匹配最大的“软肋”。寄生效应是高度依赖于具体的半导体工艺（如节点的尺寸、材料、制造过程）以及版图的物理布局的。一旦工艺参数发生较大变化，或者版图布局有微小的改动，原本精心设计的寄生匹配就可能失效，甚至出现严重的性能恶化。这就像一位工匠只能在他熟悉的材料和工具上才能发挥最佳水平。
设计难度和调试周期长： 要精确地控制和利用寄生效应，需要对版图物理特性有非常深入的理解，并能熟练运用各种 EDA 工具进行精确的物理仿真（如寄生参数提取）。这使得寄生匹配的设计过程非常复杂，调试周期也更长。工程师需要反复迭代，才能找到合适的布局和走线方式。
可预测性较低： 相较于显式匹配，寄生匹配的可预测性要差一些。在设计早期，很难精确地预估所有寄生效应的数值，尤其是在复杂的版图环境中。这给设计迭代和验证带来了挑战。
鲁棒性可能较差： 尽管有时寄生效应可以提供一定的补偿，但总体而言，寄生匹配的鲁棒性（对 Variations 的抵抗能力）可能不如显式匹配。微小的 Variations 就可能导致匹配失效。
显式匹配：扎实的“工程师”
显式匹配，则是通过在版图中明确地添加匹配器件（如电阻、电容、电感，或者利用专门的匹配网络）来强制实现匹配。这种方法就像一位严谨的工程师，通过精确的计算和器件的选择来保证结果。
显式匹配的优势：
高精度和可控性： 显式匹配的最大优势在于其高精度和可控性。通过选择具有已知参数的器件，并精确控制它们的尺寸和连接方式，可以实现非常精确的匹配。这是实现高性能模拟电路的关键。
更好的鲁棒性： 显式匹配对工艺 Variations 的敏感度通常较低。即使工艺参数略有偏移，精心设计的显式匹配网络也能够保持较好的匹配性能，从而提高电路的鲁棒性。
设计和调试相对容易： 相较于寄生匹配，显式匹配的设计思路更直接，更容易理解和实现。使用标准的器件模型和匹配技术，工程师可以更快速地完成设计和调试，缩短开发周期。
可预测性强： 显式匹配的结果更容易预测，因为其依赖的是已知参数的器件。在设计早期，就可以通过电路仿真来评估匹配效果，并进行优化。
显式匹配的劣势：
占用更大的版图面积： 这是显式匹配最明显的缺点。为了实现匹配，需要额外添加匹配器件和相关的走线，这会显著增加版图的尺寸，从而提高芯片的制造成本。
可能带来额外的寄生效应： 虽然显式匹配是为了解决匹配问题，但新增的器件和走线本身也会引入新的寄生效应。如果设计不当，这些新增的寄生效应可能会对电路的性能产生不利影响，甚至抵消了显式匹配带来的好处。
功耗增加： 匹配器件本身会消耗一定的功率，特别是在高频率应用中，这可能会增加整体的功耗。
哪种更好？—— 没有绝对的“更好”，只有“更适合”
理解了两种方式的优缺点，我们就能明白，没有一种匹配方式是绝对“更好”的，关键在于“更适合”当前的电路设计需求。
在对版图面积极致敏感，且对工艺 Variations 有一定了解和控制能力的设计场景中， 例如某些射频前端的匹配，或者对成本非常敏感的低功耗设计，寄生匹配 可能是更优的选择。工程师会花费大量时间和精力去“调教”版图，利用工艺和布局的细微之处来实现匹配。然而，这种方式对工程师的经验和工具链要求非常高，且后续修改和维护也更困难。
而在大多数通用模拟电路设计中，或者对性能精度和鲁棒性有较高要求，同时版图面积限制没有那么极端的情况下， 显式匹配 往往是更稳妥、更高效的选择。它能够提供可预测、可控且鲁棒的匹配性能，大大降低了设计和调试的风险。虽然会牺牲一些版图面积，但换来的是更快的上市时间和更高的设计成功率。
总结来说：
寄生匹配 是一位“顺势而为”的巧匠，擅长利用材料本身的特性，牺牲可控性和可预测性来换取更小的面积和潜在的性能优势。但它也更依赖经验，对工艺和布局极为敏感，设计难度大。
显式匹配 是一位“精益求精”的工程师，通过精确计算和添加器件来强制实现匹配，保证了高精度、高鲁棒性和易于设计。但它会牺牲版图面积和一定的功耗。
在实际的版图设计流程中，工程师往往会根据项目的具体要求，权衡各种因素，并根据设计的不同阶段和不同模块的需求，灵活地选择和组合这两种匹配方式。有时，甚至会在一个设计中同时使用两种策略：在对面积要求极高的关键模块采用寄生匹配，而在对精度要求高的其他模块采用显式匹配。这就像一个优秀的建筑师，会根据建筑的整体风格和功能需求，选择最合适的材料和施工方法。
寄生匹配：顺势而为的“巧匠”
寄生匹配，顾名思义，是利用版图中各种非理想的寄生效应（如寄生电容、寄生电阻、寄生电感）来达到匹配的目的。这种方法就像一位经验丰富的工匠，善于利用材料本身的特性来塑造作品。
寄生匹配的优势：
更小的版图面积： 这是寄生匹配最大的吸引力。通过巧妙地利用衬底、金属层之间的耦合以及工艺 Variations 带来的内在差异，我们可以无需额外增加器件或走线来达到匹配，从而显著减小版图面积。这在现代集成电路设计中尤其宝贵，因为版图面积往往与成本直接挂钩。
潜在的更佳性能（在某些情况下）： 在某些特定应用场景，例如对速度要求极高的射频（RF）电路，利用寄生电感和电容的谐振效应，或者利用工艺 Variations 带来的相对变化来实现匹配，有时反而能获得比显式匹配更优越的性能。这就像利用弹簧的弹性来实现某种动态平衡。
工艺 Variations 的“自带”补偿： 有趣的是，寄生效应往往会随着工艺 Variations 而变化。如果设计得当，利用寄生匹配可以实现一种“自带”的补偿机制。当工艺导致某个器件的参数发生偏差时，相关的寄生参数也可能随之变化，从而在一定程度上抵消了这种偏差对匹配的影响。
更低的功耗（通常）： 由于不引入额外的匹配器件（如电阻、电容），寄生匹配通常可以带来更低的功耗。
寄生匹配的劣势：
高度依赖工艺和版图布局： 这是寄生匹配最大的“软肋”。寄生效应是高度依赖于具体的半导体工艺（如节点的尺寸、材料、制造过程）以及版图的物理布局的。一旦工艺参数发生较大变化，或者版图布局有微小的改动，原本精心设计的寄生匹配就可能失效，甚至出现严重的性能恶化。这就像一位工匠只能在他熟悉的材料和工具上才能发挥最佳水平。
设计难度和调试周期长： 要精确地控制和利用寄生效应，需要对版图物理特性有非常深入的理解，并能熟练运用各种 EDA 工具进行精确的物理仿真（如寄生参数提取）。这使得寄生匹配的设计过程非常复杂，调试周期也更长。工程师需要反复迭代，才能找到合适的布局和走线方式。
可预测性较低： 相较于显式匹配，寄生匹配的可预测性要差一些。在设计早期，很难精确地预估所有寄生效应的数值，尤其是在复杂的版图环境中。这给设计迭代和验证带来了挑战。
鲁棒性可能较差： 尽管有时寄生效应可以提供一定的补偿，但总体而言，寄生匹配的鲁棒性（对 Variations 的抵抗能力）可能不如显式匹配。微小的 Variations 就可能导致匹配失效。
显式匹配：扎实的“工程师”
显式匹配，则是通过在版图中明确地添加匹配器件（如电阻、电容、电感，或者利用专门的匹配网络）来强制实现匹配。这种方法就像一位严谨的工程师，通过精确的计算和器件的选择来保证结果。
显式匹配的优势：
高精度和可控性： 显式匹配的最大优势在于其高精度和可控性。通过选择具有已知参数的器件，并精确控制它们的尺寸和连接方式，可以实现非常精确的匹配。这是实现高性能模拟电路的关键。
更好的鲁棒性： 显式匹配对工艺 Variations 的敏感度通常较低。即使工艺参数略有偏移，精心设计的显式匹配网络也能够保持较好的匹配性能，从而提高电路的鲁棒性。
设计和调试相对容易： 相较于寄生匹配，显式匹配的设计思路更直接，更容易理解和实现。使用标准的器件模型和匹配技术，工程师可以更快速地完成设计和调试，缩短开发周期。
可预测性强： 显式匹配的结果更容易预测，因为其依赖的是已知参数的器件。在设计早期，就可以通过电路仿真来评估匹配效果，并进行优化。
显式匹配的劣势：
占用更大的版图面积： 这是显式匹配最明显的缺点。为了实现匹配，需要额外添加匹配器件和相关的走线，这会显著增加版图的尺寸，从而提高芯片的制造成本。
可能带来额外的寄生效应： 虽然显式匹配是为了解决匹配问题，但新增的器件和走线本身也会引入新的寄生效应。如果设计不当，这些新增的寄生效应可能会对电路的性能产生不利影响，甚至抵消了显式匹配带来的好处。
功耗增加： 匹配器件本身会消耗一定的功率，特别是在高频率应用中，这可能会增加整体的功耗。
哪种更好？—— 没有绝对的“更好”，只有“更适合”
理解了两种方式的优缺点，我们就能明白，没有一种匹配方式是绝对“更好”的，关键在于“更适合”当前的电路设计需求。
在对版图面积极致敏感，且对工艺 Variations 有一定了解和控制能力的设计场景中， 例如某些射频前端的匹配，或者对成本非常敏感的低功耗设计，寄生匹配 可能是更优的选择。工程师会花费大量时间和精力去“调教”版图，利用工艺和布局的细微之处来实现匹配。然而，这种方式对工程师的经验和工具链要求非常高，且后续修改和维护也更困难。
而在大多数通用模拟电路设计中，或者对性能精度和鲁棒性有较高要求，同时版图面积限制没有那么极端的情况下， 显式匹配 往往是更稳妥、更高效的选择。它能够提供可预测、可控且鲁棒的匹配性能，大大降低了设计和调试的风险。虽然会牺牲一些版图面积，但换来的是更快的上市时间和更高的设计成功率。
总结来说：
寄生匹配 是一位“顺势而为”的巧匠，擅长利用材料本身的特性，牺牲可控性和可预测性来换取更小的面积和潜在的性能优势。但它也更依赖经验，对工艺和布局极为敏感，设计难度大。
显式匹配 是一位“精益求精”的工程师，通过精确计算和添加器件来强制实现匹配，保证了高精度、高鲁棒性和易于设计。但它会牺牲版图面积和一定的功耗。
在实际的版图设计流程中，工程师往往会根据项目的具体要求，权衡各种因素，并根据设计的不同阶段和不同模块的需求，灵活地选择和组合这两种匹配方式。有时，甚至会在一个设计中同时使用两种策略：在对面积要求极高的关键模块采用寄生匹配，而在对精度要求高的其他模块采用显式匹配。这就像一个优秀的建筑师，会根据建筑的整体风格和功能需求，选择最合适的材料和施工方法。
网友意见
En, 虽然已经有很多人回答过了，我还是不请自来简单回答一下。
1，从共质心的角度来讲，“书上的”方案比“我的”方案更符合要求。除了整体满足共质心，“书上的”方案中可以有更多的子集也满足共质心。
例如：
第1行，“我的”方案ABAB非共质心；而“书上的”方案ABBA满足共质心。
第2行，“我的”方案BABA非共质心；而“书上的”方案BAAB满足共质心。
左侧2×2 ，右边2×2：“我的”方案和“书上的”方案均满足共质心。
相对而言，“书上的”方案更优。
2，“书上的”方案A和B可以共用源极。“我的”方案实际上不可行，除非断开OD或者插入dummy，可能造成诸如浪费面积，LOD效应，引入寄生种种问题。
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