集成电路设计举例

μn0
Tm a x T0
3 2
经计算可得
W L
p
7.27
22 3
15Δ 2Δ
②tr=tp的条件计算：CMOS中
p
Vtp Vdd
p
CL k pVdd
n
Vtn Vdd
n
CL knVdd
tr
p
( 1
p 0.1) p 2
arth1
1
0.1
p
1p
tr t f
p n
kn kp
上升时间：tr= 下降时间：tf=
uur uur RpC rp
=
Cs * A1 * A0
YY23==CCss++uAuru1Aur1+A+0=uAu0rC=Css**
A1 * A1 *
ABaidu Nhomakorabea A0
输入门
输入缓冲门
输出缓冲门
内部门
三输入与非门
输出门
1.2 电路的设计
1 输出级电路设计
与TTL电路兼容 驱动10个TTL
①输出高电平时｜IoH｜<=20ｕＡ VoHmin=4.4V
W L
n
n
W L
p
p
W 164 .6 495 330
L nmin
3 2
αp=αn,
tf
n
(n 0.1)
1 n 2
arth1
1
0.1
n
1p
W L P min
W L N min
n p
1138 3
759 2
所以
W L P min
1138 3
759 2
W
C ox mi n
ε 0 ε S i O2 t ox max
3
μnmi n
μn 0
Tma x T0
2
W
L
nmi n
164.6
495 3
330Δ 2Δ
IDSn= 20mＡ uN0= 530 Tox=7E-8 Vto=0.7 V=4.4 Vi=5
(2) CMOS P管（W/P）p的计算 ｜IoH｜<=20ｕＡ时有 VoHmin=4.4V
集成电路的正向设计
18.1 MOS集成电路的正向设计 18.1.1 74HC139电路简介 18.1.2电路设计 18.1.3工程估算 18.1.4电路模拟 18.1.5版图设计 18.1.6版图检查
集成电路的正向设计
1 MOS集成电路的正向设计 1.1 74HC139电路简介 2-4译码器：
VDD Csb A0b A1b Y0b Y1b Y2b Y3b
L
N
min
164.6
495 3
330 2
2、输入级设计 输入电平Vih可能为2.4V （1）拉管P2 为了节省面积，同时又能使Vih较快上升，取
W 1 3 2 L p2 3 2
W=22u L=2u
W=12u L=5u
W=8u L=5u
(2)CMOS反向器的P1管 此P1管应取内部基本反向器的尺寸
N
1
7.862 1018 cm3
R õqx j
CjN p 2.195108 F / cm2
对于P管
CjPN 1.1396108 F / cm2
Cpn= Cp n Cn p
uurr rRnn
对于P管： C jP N 1.1396108 F / cm2
Cpn=
Cp n Cn p
而CC1可以由：Cc1=10Cs-Cpn求出。
W 46.5 31
L p内
2
（3）CMOS反相器的N管 TTL的输出电平在0.4-2.4之间
V1*=ViLmax+Vihmin=1.4V
VI*
kNVTN k（p VDD VTP） kn Kp
RVTN VDD VTP R 1
式中 βR=kn/kp, Vdd=5V, Vtn=0.7V, Vtp=-0.7V, Vi*=1.4V, βR=17.16
W L
nl
W L
pl
R
p n
230 2
W L
nl
345
3
230Δ 2Δ
W L pl
46.5
31Δ 2Δ
W
L
p2
1
3 3
2Δ 2Δ
3、内部基本反相器中各MOS管尺寸的计算
内部反相器的负载电容：
①本级漏极的PN结电容Cpn ②下级的栅电容Cc1 ③连线杂散电容Cs
Cpn+Cc1=10Cs Cs :铝线宽5um,长100um，在场区上面，此铝线的电容为
Cs
AAl 0 SiO2
toxF
5
100
108
8.851014 1.0 104
3.9
1.7261014(F)
Cpn 和Cl：
1
1 qN 0Si
C jpn C jnp 2 C jpn 0 2
2
kT q
ln
NBN ni 2
N管 其衬底是P型，所以 NB=21016 cm-3 设结深Xi=0.5um R□=20Ω/□
②输出低点平时｜IoH｜<=4 mＡ VoHmax=0.4V
15
③输出级充放电时间tr=tf
pF
计算电路如图所示 ①以15个PF的电容负载代替10个TTL电路来计算tr、tf ②输入V为的前一级的输出被认为是理想的输出，即：
ViL=Vss,ViH=Vdd ③计算电流时，负载为电流负载，有拉电流的灌电流。
（1）CMOS N管（W/L）N的计算
当输入为高电平时（Vi=Vdd）,N管导通后级TTL电路有较大的灌电流输 入，此时（表示成对称形式）
Idsn
W L
n
μN 0Cox 2
( Vi Vtn0 Vs )2
( Vi Vtn0 V0 )2
使方括号中的值和栅电容Cox及电子迁移率un为最小值:
74HC139
Csa A0a A1a Y0a Y1a Y2a Y3a Gnd
Cs A1 A0 Y1 Y2 Y3 Y4 00 0 011 1 00 1 101 1 01 0 110 1 01 1 111 0 1x x 111 1
Y0=Cs+A1+A0= Cs * A1 * A0
Y1=Cs+A1+
uur A0
tr=tf ① 以Ioh<=20ｕＡ时VoHmin=4.4V的条件计算
Ioh
W L
p
μpCox 2
( Vi Vtp
Vdd)2
( Vi
Vtp V0oh)2
最坏的情况下 Vdd=4.5V,Vohmin=4.4v,Vtp=0.8V,
Cox mi n
ε0εSi O2 t ox max
μpmi n
下面具体计算N管和P管的尺寸。
N管单位尺寸电阻为 P管单位尺寸电阻为
ruruunrupr ，，总总电电阻阻为为uRuuRnrupr ，。
总电容C=Cpn+Cc1+Cs=Cpn+Cc1
Cc1=(Wn+Wp)LCox=10Cs-aWnCpn
a
Wn
a为有源区宽度，因为最小孔为3△*3△， 孔与等晶栅的间距为2△，孔与有源区边界的间距为1△（1△=1.5um）， 所以a=6△=9um