【正文】 表 31 74HC138真值表 INPUTS 輸入 Outputs 輸出 ENABLE 使能 ADDRESS 地址 E3 E2 E1 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 X X H X X X H H H H H H H H L X X X X X H H H H H H H H X H X X X X H H H H H H H H H L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H L H H H H H H H L L L H L H H L H H H H H H L L L H H H H H L H H H H H L L H L L H H H H L H H H H L L H L H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H L H H L L H H H H H H H H H H L 74HC138 邏輯表達式： )( 0120 AAAY ? )( 0124 AAAY ? 集成電路 課程設計論文 劉旭波 5 )( 0121 AAAY ? )( 0125 AAAY ? )( 0122 AAAY ? )( 0126 AAAY? )( 0123 AAAY ? )( 0127 AAAY ? 74HC138 的邏輯圖如圖 32 所示： 圖 32 74HC138邏輯圖 工藝和規(guī)則及模型文件的選擇 根據(jù)設計要求，選取 MOSIS: mhp_ns5 作為工藝及設計規(guī)則，從 文件可知： Technology: (Lambda = ) / Nwell，本設計采用的參數(shù)如下： m??? ?? 根據(jù)所選擇的工藝，本設計選取的 CMOS 流程元件模型文件 ，使用其參數(shù)進行相關計算。同時要求 N 管和 P 管的充放電時間 fr tt ? ，分別求這兩個條件下的 ? ? / min,PLW 極限值，然后取大者。關鍵點是先求出式中的 LC (即負載 )。 總的漏極 PN 結電容應是 P 管 的和 N 管的總和，即： ? ? ? ? ? ?bWbWbWW PNPN 22C22CCC C Pj s w ,Nj s w ,Pj,Nj,pn ????????? ②柵電容 Cg 計算 ? ?PNoxg WWCC ?? 此處 NW 和 pW 為與本級漏極相連的下一級 N 管和 P 管的柵極尺寸，近似取輸出級的 NW 和 pW 值。取 t ns?? ，由 r t方程，代入數(shù)據(jù)有： ? ?9 9 1 3 6972 . 3 6 1 0 2 . 3 6 1 0 1 . 3 3 1 0 0 . 7 3 9 5 0 . 6 1 00 . 9 1 0 3 5 0 3 . 5 4 1 0NPNWW W? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ??? ?? 又有 fr tt ? ，即 N ? ，代入上式解得 2NW ?? = 2 =7PW ??? 取整數(shù)，得到 122 ???????? ??NLW 7=42PWL ???? ????? ． 四輸入與非門 MOS 尺寸的計算 四輸入與非門的電路如圖 35所示。故采用圖 37 所示的電路，通過正反饋的 P2 作為上提拉管 ，使 iHV 較快上升，減小功耗，加快翻轉速度。 ② CMOS 反相器 P1 管 ? ? 1W/L 1 ?P 的計算 此 P1 管應取內(nèi)部基本反相器的尺寸。由于 A A A0 以及 2A 、 1A 、 0A 各驅(qū)動內(nèi)部與非門 4 個，所以可以不用緩沖級。如果要求尺寸或功耗最佳，級間比值為 2～ 10。將與非門 M1 等效為一個反相器，類似集成電路 課程設計論文 劉旭波 14 上述 S 的緩沖級設計，計算出 M2 的 P 管和 N 管的尺寸。 輸入保護電路有單二極管、電阻結構和雙二極管、電阻結構。 由于保護電路計算比較復雜，因此在版圖設計中直接調(diào)用庫中的標準 pad，因其包含保持電路，就不必另外的保護電路設計。 在 S1端經(jīng)三級反相器后，將不工作的七個四輸入與非門等效為負載電容 CL1，而將工作的一個四輸入與非門的三個個輸入接高電平，只將 S1端信號加在反相器上。由于 CMOS電路忽略漏電，靜態(tài)功耗近似為 0，工作頻率不高時，也可忽略交變功耗，則估算時只計算瞬態(tài)功耗 PT即可。 ? ? ? ?? ?2 2 2,24 4 3 69 9 6 11354 0 262 8 124 0 936 272 8354 0 2 10 262 8 2 10 272 8 4 10 10124 0 1 10 936 1 10 10 25 63 10jN jP js w N js w P ox LLC C C C C C CpFF? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ???總對于74HC138器件，整個芯片功耗為 PT: 11 2 62 .6 6 3 1 0 5 3 0 1 0 1 9 .9 7 2 5TP P m W?? ? ? ? ? ? ?總 符合設計要求。 470 . 7 3 9 5 0 . 7 3 9 5 2 . 0 8 9 0 1 01 0 0 3 . 5 4 1 0LLrLP P PP o xCCL L LtCC W W W? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?370 . 7 3 9 5 0 . 7 3 9 5 5 . 9 6 8 5 1 03 5 0 3 . 5 4 1 0LLfLN N Nn o xCCL L LC W W W? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?41 0 . 5 9 6 5 ( ) 2 . 0 8 9 0 ( ) 1 04p d N P LLLtCWW??? ? ????? 計算各級的 LC 公式： ? ? ? ? ? ? ? ?? ?, , 39。2 2 2 22 .3 6 1 0 2 .3 6 1 0 7 .2 1 0 2 .1 2 4 1 0L N jN P jP jsw N N jsw P P N P o xN P N PC W C W C b C b W C b W W W L CW W W W? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ① 輸入級 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ?1 , , 39。9 6 9 6 15 9 6142 2 2 2 10 10 10 10 10 98 10 10 8 10 10 10 2 8 0 .3 10 10 FL N jN P jP js w N N js w P P N P oxN P N PC W C W C b C b W C b W W W L CW W W W? ? ? ?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???4114 41 969 ( ) 890 ( ) 1041 1 969 890 62 10 104 49 4pd N P LLLtCWWns???? ? ???????? ? ? ? ? ? ?????? 同理可以代入相關數(shù)據(jù)計算其它級的 LC 及延遲 pdt 集成電路 課程設計論文 劉旭波 19 ② 內(nèi)部反相器 142 10 FLC ??? 2 ns? ③ 三輸入與非門 143 10 FLC ??? 3 74 5pdt ns? ④ 輸入緩沖級 144 10 FLC ??? 4 ns? ⑤ 四輸入與非門 145 10 FLC ??? 5 80 3pdt ns? ⑥ 輸出緩沖級 136 93 10 FLC ??? 6 ns? ⑦ 輸出級 127 47 10 FLC ??? 7 11 3pdt ns? 所以，總的延遲時間為 71 46 49 45 320 03 76 13 52 15p d p d iittns ns?? ? ? ? ? ?????? 符合設計要求。 在延遲仿真的時候， rt 和 ft 相差較大，所以調(diào)整了輸出級的 NMOS管的尺寸，增大為 20240 ???????? ??NLW。直流分析的電路圖如圖 314所示，其對應的 SPICE文件如圖 315所示，直流分析的輸入輸出電壓曲線如圖 316所示。瞬態(tài)分析的電路圖見圖 317所示，其對應的瞬態(tài)分析的 SPICE文件設置見圖 318所示。功耗分析的電路原理圖見圖 320， SPICE文件設置見圖 321，功耗分析結果見圖 322。所謂的層次化設計版圖，就是先設計單元版圖，由簡單的單元版圖再組成較復雜的單元版圖，一層層設計，直至完成芯片的整體版圖。設計的版圖見圖 325及 DRC檢測如圖 326所示。所設計的版圖及其 DRC檢測分別 如圖 331和 圖 332所示 。而且需要多個管并聯(lián)來實現(xiàn)較大的寬長比。按照附錄 A所示的邏輯圖接線，得到最終的電路版圖 集成電路 課程設計論文 劉旭波 32 圖 338 總版圖 版圖檢查 這一個操作與每一個子模塊的設計必須同步進行。 版圖設計規(guī)則檢查（ DRC） 總圖的版圖設計規(guī)則檢查見圖 339所示。因此，只要保證電路圖是正確的， LVS檢查就可以驗證版圖的正確性。將在 LEDIT的界面，點擊 File→ Export Mask Data→ GDSII→ EXPORT，即可得到（ .gds）以及（ .log）的文件。第二周 的軟件實踐操作使我對 Tanner Pro 軟件 的原理圖設計流程，版圖設計流程，電路仿真，模型庫及規(guī)則有了更加深入的了