数字集成电路基本单元与版.ppt

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1、集成电路设计基础第九章数字集成电路基本单元华南理工大学电子与信息学院广州集成电路设计中心殷瑞祥教授第九章数字集成电路基本单元与版图9.1TTL基本电路9.2CMOS基本门电路及版图实现9.3数字电路标准单元库设计9.4焊盘输入输出单元9.5了解CMOS存储器29.1TTL基本电路3TTL反相器4具有多发射极晶体管的3输入端与非门电路与非门电路5TTL或非门第九章数字集成电路基本单元与版图9.1TTL基本电路9.2CMOS基本门电路及版图实现9.3数字电路标准单元库设计9.4焊盘输入输出单元9.5了解CMOS存储器69.2.1CMOS反相器7N

2、MOS和PMOS的衬底分开NMOS的衬底接最低电位——地，PMOS的衬底接最高电位——Vdd。NMOS的源极接地，漏极接高电位；PMOS的源极接Vdd，漏极接低电位。输入信号Vi加在两管g和s之间，由于NMOS的s接地，PMOS的s接Vdd，所以Vi对两管参考电位不同。CMOS反相器的转移特性8ViVtn导通Vi>Vdd-

3、Vtp

4、截止Vi

5、Vtp

6、导通NMOS：PMOS：PMOS视为NMOS的负载，可以像作负载线一样，把PMOS的特性作在NMOS的特性曲线上整个工作区分为五个区域ABCDECMOS反相器的转移特性

7、(续1)9A区：0ViVtnNMOS截止Idsn=0PMOS导通Vdsn=VddVdsp=0反相器转移特性(续2)10B区：VtnVi½VddNMOS饱和导通，等效为电流源NMOS平方率跨导因子PMOS平方率跨导因子PMOS等效为非线性电阻在Idsn的驱动下，Vdsn自Vdd下降,

8、Vdsp

9、自0V开始上升。反相器转移特性(续3)11C区：Vi½VddNMOS导通，处于饱和区；PMOS也导通，处于饱和区；均等效于一个电流源。反相器转移特性(续4)n/p对转移特性的影响12反相器转移特性(续5)13D区：Vdd/2ViVdd/

10、2+Vtp与B区情况相反，PMOS导通，处于饱和区，等效一个电流源：NMOS强导通，等效于非线性电阻反相器转移特性(续6)PMOS截止，NMOS导通。Vdsn=0

11、Vdsp

12、=VddIdsp=0与A区相反14E区：ViVdd+Vtp反相器转移特性(续7)15CMOS反相器的转移特性和稳态支路电流ABCDEVi0反相器转移特性(续8)PMOS和NMOS在5个区域中的定性导电特性。16ABCDEPMOSon+++on++on+onoffNMOSoffonon+on++on+++对于数字信号，CMOS反相器静态时，工作在A区或E区Vi=0(I=0

13、)Vo=Vdd(O=1)Vi=Vdd(I=1)Vo=0(O=0)状态转换时：(I=0)(I=1)(I=1)(I=0)Is-s=0Pdc=0Is-s0Ptr0CMOS反相器的瞬态特性研究瞬态特性必须考虑负载电容（下一级门的输入电容）的影响。脉冲信号参数定义上升时间trVo=10%VomaxVo=90%Vomax下降时间tfVo=90%VomaxVo=10%Vomax延迟时间tdVi=50%VimaxVo=50%Vomax17NMOS和PMOS源、漏极间电压的变化过程为：Vdsn：0Vdd

14、Vdsp

15、：Vdd0，即123原

16、点18CMOS反相器的瞬态特性(续1)Vi从1到0CL充电考虑到上拉管导通时先为饱和状态而后为非饱和状态，输出脉冲上升时间可分为两段来计算。19CMOS反相器的瞬态特性(续2)Vo<

17、Vtp

18、20CMOS反相器的瞬态特性(续3)饱和状态时假定VC(0)=0,恒流充电时间段有非饱和状态时NMOS的导通电流开始为饱和状态而后转为非饱和状态，输出脉冲的下降时间也可分为两段来计算。21CMOS反相器的瞬态特性(续4)Vi从0到1CL放电22CMOS反相器的瞬态特性(续5)饱和状态假定VC(0)=Vdd，恒流放电时间段非饱和状态tf=tf1+tf2

19、反相器电路图到符号电路版图的转换（a）电路图（b）漏极连线，（c）电源与地线连线（d）栅极与输入输出连线23各种形式的反相器版图（a）垂直走向MOS管结构，（b）水平走向MOS管结构，（c）金属线从管子中间穿过的水平走向MOS管结构，（d）金属线从管子上下穿过的水平走向MOS管结构（e）有多晶硅线穿过的垂直走向MOS管结构24并联反相器版图（a）直接并联（b）共用漏区（c）星状连接25CMOS与非门和或非门与非门和或非门电路：（a）二输入与非门（b）二输入或非门26与非门的版图（a）按电路图转换（b）MOS管水平走向设计27或非门版图（a）输

20、入向右引线（b）输入向上引线28传输门传输门不仅是MOS集成电路中的一种基本电路，而且还是一种基元，因为其它基本电路，如反相器，实际上也是由传输门组成的。NMOS传