集成電路分析與設(shè)計課程設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-22 03:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 行設(shè)計，則NP1構(gòu)成的CMOS將有較大直流功耗。故采用如圖6所示的電路，通過正反饋的P2作為上提拉管，使ViH較快上升，減小功耗，加快翻轉(zhuǎn)速度。圖6 輸入級電路（1）輸入級提拉管P2的（W/L）P2計算為了節(jié)省面積，同時又能使ViH較快上升，?。╓/L）P2＝1。為了方便畫版圖，此處的W允許取6λ。所以（W/L）P2 =（2）輸入級P1管（W/L）P1的計算此P1管應(yīng)取內(nèi)部基本反相器的尺寸即（3）輸入級N1管（W/L）N1的計算由于要與TTL電路兼容，～，因此要選 取反相器的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電平： 又知：式中 ， 解得= 所以= 緩沖級的設(shè)計由74HC139的邏輯圖可知，在輸入級中有三個信號：Cs、AA0。其中Cs經(jīng)一級輸入反相器后，形成，用去驅(qū)動4個三輸入與非門，故需要緩沖級，使其驅(qū)動能力增加。同時為了用驅(qū)動，必須加入緩沖門。由于AA0以及各驅(qū)動內(nèi)部與非門2個，所以可以不用緩沖級。圖7 Cs的緩沖級Cs的緩沖級設(shè)計過程如下：Cs的緩沖級與輸入級和內(nèi)部門的關(guān)系如圖7所示。圖中M1為輸入級，M2為內(nèi)部門，M3為緩沖級驅(qū)動門。M1的P管和N管的尺寸即為上述所述的輸入級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管的尺寸由級間比值（相鄰級中MOS管寬度增加的倍數(shù)）來確定。N為扇出系數(shù)，它的定義是：在本例中，前級等效反相器柵的面積為M2的P管和N管的柵面積總和，下級柵的面積為4個三輸入與非門中與Cs相連的所有P管和N管的柵面積總和。N=從中得出M3管尺寸為： 由于輸出級部分要驅(qū)動TTL電路，其尺寸較大，因而必須在與非門輸出與輸出級之間加入一級緩沖門M1，如圖8所示。將與非門M0等效為一個反相器，類似上述Cs的緩沖級設(shè)計，計算出M1的P管和N管的尺寸。圖8 輸出緩沖級所以，=從中得出M1管尺寸為： 輸入保護電路設(shè)計因為MOS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，由于某種原因（如觸摸），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)置保護電路。輸入保護電路有單二極管、電阻結(jié)構(gòu)和雙二極管、電阻結(jié)構(gòu)。圖9所示的為雙二極管、電阻結(jié)構(gòu)輸入保護電路。保護電路中的電阻可以是擴散電阻、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500μm2，或用Shockley方程計算。輸入保護電路的版圖可按相關(guān)的版圖設(shè)計要求自己設(shè)計，也可調(diào)用單元庫中的pad單元版圖。由于本次版圖設(shè)計中調(diào)用單元庫中的pad標(biāo)準(zhǔn)單元版圖，因其包含保持電路，就不必另外的保護電路設(shè)計。圖9 輸入保護電路至此，完成了全部器件的參數(shù)計算。 各級N管和P管的尺寸匯總輸出級 N管輸出級 P管=48內(nèi)部基本反相器內(nèi)部基本反相器內(nèi)部邏輯門MOS輸入級提拉管P2（W/L）P2 ==1輸入級P1管輸入級N1管=31輸入緩沖級輸出緩沖級五、功耗與延遲估算在估算延時、功耗時，從輸入到輸出選出一條級數(shù)最多的去路進(jìn)行估算。在74HC139電路從輸入到輸出的所有各支路中，只有Cs端加入了緩沖級，其級數(shù)最多，延時與功耗最大，因此在估算74HC139芯片的延時、功耗時，就以Cs支路電路圖(如圖10所示)來簡化估算。圖10 估算延時、功耗Cs支路電路 模型簡化由于在實際工作中，四個三輸入與非門中只有一個可被選通并工作，而另三個不工作，所以估算功耗時只估算上圖所示的支路即可。在Cs端經(jīng)三級反相器后，與四個三輸入與非門相連，但圖10所示的支路與另外不工作的三個三輸入與非門斷開了，所以用負(fù)載電容CL1來等效與另外三個不工作的三輸入與非門電路，而將工作的一個三輸入與非門的兩個輸入接高電平，只將Cs端信號加在反相器上。在X點之前的電路，由于A0，A1，Cs均為輸入級，雖然A0、A1比Cs少一個反
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