集成电路课程设计(范例)

集成电路课程设计

1. 目的与任务

本课程设计是《集成电路分析与设计基础》的实践课程，其主要目的是使学生在熟悉集成电路制造技术、半导体器件原理和集成电路分析与设计基础上，训练综合运用已掌握的知识，利用相关软件，初步熟悉和掌握集成电路芯片系统设计一电路设计及模拟一版图设计一版图

验证等正向设计方法2. 设计题目与要求

2.1 设计题目及其性能指标要求

器件名称：含两个2-4译码器的74HC139芯片

要求电路性能指标：

(1)可驱动10个LSTTL电路(相当于15pF电容负载)；

(2)输出高电平时，|l O H < 20 卩A, V O H min=4.4V;

(3)输出底电平时，|l OL| < 4mA V O L ma=0.4V;

(4)输出级充放电时间t r=t f , t pd V25ns；

(5)工作电源5V,常温工作，工作频率f work = 30MHZ总功耗P max= 150mW。

2.2 设计要求

1. 独立完成设计74HC139芯片的全过程；

2. 设计时使用的工艺及设计规则：MOSlS:mhp_n12；

3. 根据所用的工艺，选取合理的模型库；

4. 选用以lambda(入)为单位的设计规则；

5. 全手工、层次化设计版图；

6. 达到指导书提出的设计指标要求。

3. 设计方法与计算

3.1 74HC139芯片简介

74HC139是包含两个2线-4线译码器的高速CMO数字电路集成芯片，能与TTL集

成电路芯片兼容，它的管脚图如图1所示，其逻辑真值表如表1 所示：

地址输人数据输岀

▼[>!> Sb A Ob A)b Y (lb lb Y Zb 丫盹

加加

I I I 二 _「

选通I —I

地址输人数擔输出

图1 74HC139芯片管脚图

表1 74HC139真值表

从图1可以看出74HC139芯片是由两片独立的2—4译码器组成的，因此设计时只需分析其中一个2—4译码器即可，从真值表我们可以得出Cs为片选端，当其为0时，芯片正常工作，当其为1时，芯片封锁。A1、A0为输入端，丫0-丫3为输出端，而且是低电平有效。

2—4译码器的逻辑表达式，如下所示：

丫0 C s A A C s A A o

丫 1 C s A A o C s A A o

丫 2 C s A A C s A A o

Y3 C s A A C s A A

74HC139勺逻辑图如图2所示：

图2 74HC139逻辑图

3.2电路设计

本次设计采用的是m12_20勺模型库参数进行各级电路的尺寸计算，其参数如下：

-12 -4

NMOS：£OX=3.9 X 8.85 X 10 F/m 卩n=605.312 X 10 m2/Vs

t OX=395 X 10-10m V tn =0.81056V

PMOS: & OX=3.9 X 8.85 X 10- 12F/m 卩p=219X 10-4m /Vs

t OX=395X 10-10m V tp=- 0.971428V

3.2.1输出级电路设计

根据要求输出级电路等效电路图如图3所示，输入Vi为前一级的输

出，可认为是理想的输出，即V L=V SS, V IH=V DD0

图3输出级电路

（1）输出级N 管（W/L ） N 的计算

当输入为高电平时，输出为低电平，N 管导通，且工作在线性区，而后级有 较大的灌电流输入，要求|l OL | < 4mA V O L ma =0.4V ，根据NMO 管理想电流分 方程分段表达式:

因此,

W

L s

_14

(0-4)

3,9 X 8,85 X 10 X 605,312 X 1(5-0.61056) X 04———]

（T ）=46

则，

⑵输出级P 管（W/L ） P 的计算

当输入为低电平时，输出为高电平，P 管导通，且工作在线性区。同时要求

N 管和P 管的充放电时间t r =t f ，分别求出这两个条件下的（W/L ） P ，min 极限 值，然后取大

者。

1.以|l O H <20 卩 A, V O H min =4.4V 为条件计算(W/L ) P ，min 极限值：用 PMOS

管的理想电流方程分段表达式:

-3 - 0

4 X 10 X 39

5 X 10

冷巴< r > p 【（％ 一人一 ％|）%厂吩-2笃叫）】

J

*

因此,

W (讥

-6 - 8

20 X 10

X 395 X 10

-14

…

(5-灯 3.9 X 8,85 X 10

X 219[(5-D.971428) X (5-4.4)-

-2 J

2. N 管和P 管的充放电时间t r 和t f 表达式分别为

令t r =t f 可以计算（W/l ） p,min 的值，计算过程如下:

1

(5TE1056尸 5-0,81056 只 95-20

X 0.81056

1

)】X 48

计算得出：

L

硏=714

x I 。

则（W/L ）P =140

取其中的大值作为输出级P 管的尺寸，贝U （ W/L ）P =140

t f

t r

C L

t

ox

ox

2 V tp

0.1V dd

2

p

V dd

V tp

1 V dd V tp

In

19V dd 20V tp

dd

4

2 X (0.81056-0.5) 1.89 X 10 X |

二 5,23 x 104 x

:2 箕 0471428

1

C L t ox

ox n

哄20匕 V dd

95 - 19.42856'

x In --------- ---------