集成电路课程设计-3—8_线译码器的74hc138_芯片的设计

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1、课程设计课程名称集成电路课程设计题目名称3—8线译码器的74HC138芯片的设计学生姓名馥语甄心2016年7月4日目录1.目的与任务12.设计题目12.1器件名称12.2要求的电路性能指标：12.3采用的工艺及设计规则13.设计方法及分析13.174HC138芯片简介13.2工艺和规则及模型文件的选择33.3电路设计43.3.1输出级电路设计43.3.2内部基本反相器中的各MOS尺寸的计算63.3.3四输入与非门MOS尺寸的计算83.3.4三输入与非门MOS尺寸的计算83.3.5输入级设计93.3.6缓冲级设计113.3.7输入保护电路设计123.3.8器件参数汇总133.4功耗与延迟估算14

2、3.4.1模型简化143.4.2功耗估算153.4.3延迟估算163.5电路模拟183.5.1直流分析183.5.2瞬态分析193.5.3功耗分析213.6总电路原理图绘制与仿真233.6.1总电路原理图的绘制233.6.2电路原理图逻辑功能的仿真243.7版图设计253.7.1输入级的版图设计253.7.2内部反相器的版图设计273.7.3输入缓冲级和输出缓冲级的版图设计283.7.4三输入与非门的版图设计313.7.5四输入与非门的版图设计323.7.6输出级的版图设计343.8总版图绘制与逻辑功能仿真363.8.1总版图绘制363.8.2DRC检查373.8.3电路网表匹配（LVS）检查

3、373.8.4总版图逻辑功能仿真（后模拟）383.8.5加焊盘和输入保护电路383.8.6版图数据的提交394.中遇到的问题和解决方法395.课设体会与心得406.参考文献40411.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的基础上，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的系统设计→电路设计及模拟→版图设计→版图验证等正向设计方法。2.设计题目2.1器件名称3—8线译码器的74HC1382.2要求的电路性能指标：（1）可驱动10个LSTTL电路（相当于15pF电容负载）；

4、（2）输出高电平时，

5、IOH

6、≤20μA，VOH，min=4.4V；（3）输出低电平时，

7、IOL

8、≤4mA，VOL，max=0.4V；（4）输出级充放电时间tr=tf，tpd＜25ns；（5）工作电源5V，常温工作，工作频率fwork=30MHz，总功耗Pmax≤150mW。2.3采用的工艺及设计规则MOSIS:mhp_n083.设计方法及分析3.174HC138芯片简介74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0,A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74H

9、C138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。它的管脚图如图3-1所示，其逻辑真值表如图1所示。41图174HC138逻辑表达式：有Y0=(A2’A1’A0’)’Y1=(A2’A1’A0)’Y2=(A2’A1A0’)’Y3=(A2’A1A0)’Y4=(A2A1’A0’)’Y5=(A2A1’A0)’Y6=(A2A1A0’)’Y7=(A2A1A0)’74HC138的逻辑图如图所

10、示：其中CBA=A2A1A0，G1=E3，G2A=E2,G2B=E1413.2工艺和规则及模型文件的选择根据设计要求，选取MOSIS:mhp_n08作为工艺及设计规则，从mhp_n08.xst文件可知：Technology:0.8u(Lambda=0.5um)/N-well(SCN3M)TightMetal，所以本设计采用的参数如下：λ=0.5um,L=0.8um根据所选择的工艺，本设计选取的CMOS流程元件模型文件ml2_typ.md，使用其参数进行相关计算。ml2_typ.md模型文件的参数如下所示：413.3电路设计3.3.1输出级电路设计根据要求，输出级等效电路如图3-3所示，输入Vi

11、为前一级的输出，可认为是理想的输出，即ViL＝Vss=0V，ViH=VDD=5V41(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，后级TTL有较大的灌电流输入，要求

12、IOL

13、≤4mA，VOL，max=0.4V，依据MOS管的理想电流统一方程式：所以有4×10-3=WL×0.5×700×4×8.85×10-140.1×10-4×[5-12-(5-1-0.4)2所以WL=