集成電路課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-14 17:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 轉(zhuǎn)速度。圖37 輸入級(jí)電路1 提拉管P2的（W/L）P2計(jì)算為了節(jié)省面積，同時(shí)又能使較快上升，取。理論上，這里取。而且為了方便畫圖，這里就去。2 CMOS 反相器P1管的計(jì)算此P1管應(yīng)取內(nèi)部基本反相器的尺寸。因此這里取 3 CMOS 反相器N1管的計(jì)算由于要與TTL電路兼容，～，因此要選取反相器的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電平：又知：代入數(shù)據(jù)，有 ． 緩沖級(jí)設(shè)計(jì)1 輸入緩沖級(jí) 由74HC138的邏輯圖可知，在輸入級(jí)中有六個(gè)信號(hào)：S0、SSA0、AA2。其中S0經(jīng)一級(jí)輸入反相器和一級(jí)三與非門后，形成, 用去驅(qū)動(dòng)8個(gè)四輸入與非門，故需要緩沖級(jí)，使其驅(qū)動(dòng)能力增加。同時(shí)為了用驅(qū)動(dòng)，必須加入緩沖門。由于AAA0以及、各驅(qū)動(dòng)內(nèi)部與非門4個(gè)，所以可以不用緩沖級(jí)。 S緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)過程如下： S的緩沖級(jí)與輸入級(jí)和內(nèi)部門的關(guān)系如圖38所示。圖38 Cs的緩沖級(jí) 圖中M1為輸入級(jí)，M2為內(nèi)部門，M3為緩沖級(jí)驅(qū)動(dòng)門。M1的P管和N管的尺寸即為上述所述的輸入級(jí)CMOS反相器P1管和 N1管尺寸，M2的P管和N管的尺寸即為內(nèi)部基本反相器P1管和 N1管尺寸，M3的P管和N管的尺寸由級(jí)間比值（相鄰級(jí)中MOS管寬度增加的倍數(shù)）來確定。如果要求尺寸或功耗最佳，級(jí)間比值為2～10。具體可取。N為扇出系數(shù)，它的定義是： 在本例中，前級(jí)等效反相器柵的面積為M2的P管和N管的柵面積總和，下級(jí)柵的面積為8個(gè)四輸入與非門中與S相連的所有P管和N管的柵面積總和。故有：2 緩沖輸出級(jí) 由于輸出級(jí)部分要驅(qū)動(dòng)TTL電路，其尺寸較大，因而必須在與非門輸出與輸出級(jí)之間加入一級(jí)緩沖門M2，如圖39所示。將與非門M1等效為一個(gè)反相器，類似上述S的緩沖級(jí)設(shè)計(jì)，計(jì)算出M2的P管和N管的尺寸。圖39 輸出緩沖級(jí)同理：． 輸入保護(hù)電路設(shè)計(jì) 因?yàn)镸OS器件的柵極有極高的絕緣電阻，當(dāng)柵極處于浮置狀態(tài)時(shí)，由于某種原因，感應(yīng)的電荷無法很快地泄放掉。而MOS器件的柵氧化層極薄，這些感應(yīng)的電荷使得MOS器件的柵與襯底之間產(chǎn)生非常高的電場。該電場強(qiáng)度如果超過柵氧化層的擊穿極限，則將發(fā)生柵擊穿，使MOS器件失效，因此要設(shè)置保護(hù)電路。輸入保護(hù)電路有單二極管、電阻結(jié)構(gòu)和雙二極管、電阻結(jié)構(gòu)。圖310所示電路為雙二極管、電阻結(jié)構(gòu)輸入保護(hù)電路。保護(hù)電路中的電阻可以是擴(kuò)散電阻、多晶硅電阻或其他合金薄膜電阻，其典型值為300～500Ω。二極管的有效面積可取500，或用Shockley方程計(jì)算。由于保護(hù)電路計(jì)算比較復(fù)雜，因此在版圖設(shè)計(jì)中直接調(diào)用庫中的標(biāo)準(zhǔn)pad，因其包含保持電路，就不必另外的保護(hù)電路設(shè)計(jì)。圖310 保護(hù)電路至此，完成了全部器件的參數(shù)計(jì)算，匯總列出各級(jí)N管和P管的尺寸如下：1 輸入級(jí) 2 內(nèi)部基本反相器 3 輸入緩沖級(jí) 4 內(nèi)部三與非門 5 內(nèi)部四與非門 6 緩沖輸出級(jí) 7 輸出級(jí) . 功耗與延遲估算在估算延時(shí)、功耗時(shí)，從輸入到輸出選出一條級(jí)數(shù)最多的支路進(jìn)行估算。74HC138電路從輸入到輸出的所有各支路中，只有S1端加入了緩沖級(jí)，因而增加了延時(shí)與功耗，因此在估算延時(shí)、功耗時(shí)，就以S1支路電路圖(如下圖311所示)來簡化估算。圖311 估算延時(shí)、功耗Cs支路電路. 模型簡化由于在實(shí)際工作中，八個(gè)四輸入與非門中只有一個(gè)可被選通并工作，而另七個(gè)不工作，所以估算功耗時(shí)只估算上圖所示的支路即可。在S1端經(jīng)三級(jí)反相器后，將不工作的七個(gè)四輸入與非門等效為負(fù)載電容CL1，而將工作的一個(gè)四輸入與非門的三個(gè)個(gè)輸入接高電平，只將S1端信號(hào)加在反相器上。在X點(diǎn)之前的電路，由于，S1均為輸入級(jí)，雖然A0，A1，A2比S少一個(gè)反相器，作為工程估算，可以認(rèn)為七個(gè)輸入級(jí)是相同的，于是，估算功耗時(shí)對(duì)X點(diǎn)這前的部分只要計(jì)算S1這一個(gè)支路，最后將結(jié)果乘以七倍就可以了。在X點(diǎn)之后的電路功耗，則只計(jì)算一個(gè)支路。. 功耗估算CMOS電路的功耗中一般包括靜態(tài)功耗、瞬態(tài)功耗、交變功耗。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(shí)，也可忽略交變功耗，則估算時(shí)只計(jì)算瞬態(tài)
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