第八章 数字集成电路基本单元及版图(续)

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1、数字集成电路基本单元及版图(续)第八章数字集成电路基本单元及版图§8.焊盘输入/输出单元输入单元输出单元输入/输出双向三态单元§9.CMOS存储器DRAMSRAM闪存§8.焊盘输入/输出单元任何一种设计技术的版图结构都需要焊盘输入/输出单元（I/OPAD）。不论门阵列、标准单元结构还是积木块结构，它们的I/OPAD都是以标准单元的结构形式出现，各单元的电源、地线的宽度和相对位置是统一的。焊盘输入/输出单元属于标准单元的范畴，是标准单元库的内容之一。焊盘输入/输出单元包括：焊盘（PAD）具有其他功能对外驱动内外的隔离输入保护其

2、他接口功能焊盘输入/输出单元分类输入单元输出单元输入/输出双向三态单元输入单元输入单元主要承担对内部电路的保护，一般认为外部信号的驱动能力足够大，输入单元不必具备再驱动功能。输入单元的结构主要是输入保护电路。输入单元保护电路由于MOS器件是电压控制型器件，栅极感应的电荷无法很快地释放。一旦电荷超过栅氧化层的击穿极限，则将发生栅击穿，MOS器件失效。为了防止器件被击穿，必须为这些电荷提供释放回路，这就是输入保护电路。输入保护电路输入保护电路分为单二极管、电阻结构和双二极管、电阻结构。双二极管、电阻结构单二极管、电阻结构输出单元

3、输出单元的主要任务是提供一定的驱动能力，防止内部逻辑过负荷而损坏。输出单元还承担了一定的逻辑功能，单元具有一定的可操作性。与输入电路相比，输出单元的电路形式比较多。输出单元类型包括：反相输出I/OPAD同相输出I/OPAD三态输出I/OPAD漏极开路输出单元反相输出I/OPAD顾名思义，反相输出就是内部信号经反相后输出。这个反相器除了完成反相的功能外，另一个主要作用是提供一定的驱动能力。反相输出I/OPAD设计设计考虑：PMOS和NMOS尺寸要足够大PMOS尺寸要比NMOS尺寸大2.5倍驱动能力要求大时要采用级联结构，即多个

4、反相器串联版图优化（多晶硅、隔离环、金属等）采用级联结构，总延迟时间前级驱动能力f为反相器链的逐级放大倍速，f=e时ttotal最小同相输出I/OPAD同相输出实际上就是“反相＋反相”，为什么不直接从内部电路直接输出呢？主要是驱动能力问题。利用链式结构可以大大地减小内部负荷。即内部电路驱动一个较小尺寸的反相器，这个反相器再驱动大的反相器，在同样的内部电路驱动能力下才能获得较大的外部驱动。三态输出I/OPAD所谓三态输出是指单元除了可以输出“0”，“1”逻辑外，还可高阻输出，即单元具有三种输出状态。同样，三态输出的正常逻辑信号

5、也可分为反相输出和同相输出。下图是同相三态输出的电路单元的结构图。漏极开路输出单元如果希望系统支持多个集成电路的正常逻辑输出同时到总线以实现某种操作，就必须对集成电路的输出单元进行特殊的设计以支持“线逻辑”。同时，总线也将做适当的改变。漏极开路输出单元结构就是其中的一种。下图给出了两种漏极开路结构的输出单元，其中（a）图的内部控制信号是通过反相器反相控制NMOS管工作的方式，（b）图是同相控制的方式。漏极开路输出单元（a）反相器反相控制方式（b）同相控制的方式漏极开路结构实现的线逻辑表达式为目的：减少电路结构和成本输入、输出

6、双向三态单元（I/OPAD）在许多应用场合，需要某些数据端同时具有输入、输出的功能，或者还要求单元具有高阻状态。在总线结构的电子系统中使用的集成电路常常要求这种I/OPAD。下图是一个输入、输出双向三态的I/OPAD单元电路。§9.CMOS存储器半导体存储阵列能够存储大量的数字信息，对所有的数字系统都是必不可少的。对片上存储数据量增加的不断需求使得单片半导体存储阵列的最大存储能力每两年翻一番。片上存储阵列已成为众多超大规模集成电路中广泛使用的子系统。半导体存储器分类随机存储器RAM（RandomAccessMemory）按功

7、能只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）只能读出不能写入,断电不失掩模ROM可编程ROM（PROM）(ProgrammableROM)ROMEPROMEEPROMFlashMemory电可擦除(Electrically)紫外线擦除(Ultra-Violet)快闪存储器熔丝型ROM铁电RAM半导体存储器分类静态存储器SRAM(StaticRAM)动态存储器DRAM(DynamicRAM)主要指标：存储容量、存取速度。存储容量:用字数×位数表示，也可只用位数表示。如，某动态存储器的容量为109位/片。RAM存取速度：

8、用完成一次存取所需的时间表示。高速存储器的存取时间仅有10ns左右。存储单元的等效电路（1）存储单元的等效电路（2）DRAM随着高密度存储器的不断发展，存储单元尺寸逐渐减小，这种趋势使得结构简单的动态RAM成为首选。DRAM单元发展过程中出现几个阶段，这些阶段的发展使得DRAM的单元面积越