专用集成电路复习.doc

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1、·专用集成电路复习·2010-07-2116:01 发表     系统分类：模拟技术     自定义分类：默认·标签：反相器电源电压乘法器静态功耗扇出 专用集成电路复习CH1引论1数字电路的性能评价：成本、功能、稳定性、性能和能耗。2集成电路的成本：固定成本：研发、生产、市场、基础建设可变成本：芯片成本、芯片测试成本、封装成本3成本与芯片面积之间的关系：芯片成本与面积的四次方成正比4反相器的再生性：再生性保证一个受干扰的型号在通过若干个逻辑级后逐渐收敛回到额定电平中的一个。再生性条件为：一个门的VTC应当具有一个增益

2、绝对值大于1的过渡区，该过渡区以两个合法的区域为界，合法区域的增益应当小于1。这样的一个门具有两个稳定的工作点。这就清楚地定义了构成合法区域和过渡区边界的Vih和Vil电平。5传播延时tp=（tpLH+tpHL）/2振荡周期T=2*tp*N6深亚微米数字IC设计面临的挑战微观：超高速电路设计、内部互联、噪声串扰、可靠性和可制造性、功耗、时钟分布宏观：面市时间、百万门电路设计、高层抽象、IP复用、可预测性CH3器件1扩散与漂移扩散：载流子从浓度高的区域向浓度低的区域移动，电子（n->p）空穴（p->n）漂移：电荷在耗尽

3、区边界形成方向n->p的电场，使电子从p->n移动，空穴（n->p）2结电容与偏压的定性关系：1）高度非线性关系；2）电容随反向偏置的增加而减小，5V偏压使电容降低2倍以上。3）Cj=Cj0/(1–Vd/$0)m，m为梯度系数，对于突变结是1/2，对于线性或梯度结是1/3。3MOS的阈值电压：沟道发生强反型时的Vgs值称为阈值电压。Vt=$ms-2$f-Qb/Cox–Qss/Cox–Qi/CoxVt与几个因素有关：栅和沉底之间的功函数差、氧化层厚度、费米电势、沟道和栅氧层表面被俘获的杂志电荷，以及为调整阈值所注入的离

4、子剂量。4深亚微米MOS的非理想特性（亚阈值电流、速度饱和响应）亚阈值电流：当电压低于阈值电压时，MOS管已经部分导通，这一现象称之为亚阈值特性。亚阈值电流偏离了假设的MOS开关理想特性，动态电路依靠电荷在电容上的存储，因此它的工作可以因亚阈值漏电而收到严重影响。速度饱和效应：沟道电场到达一临界值时，载流子的速度将由于散射而趋于饱和，使得晶体管电流与控制电压关系不再是平方，变成线性关系。5长沟道器件与短沟道器件的I/V特性：长沟道：电阻区，晶体管的特性像一个电压控制的电阻；饱和区，像电压控制的电流源。Id与Vgs成平

5、方关系。短沟道：短沟道即使是非常小的Ids，由于速度饱和使得器件达到饱和。高电压时电流驱动能力明显下降。Id与Vgs曲线中，短沟的线性关系十分明显。PMOS的短沟道影响没有NMOS大，因为空穴的迁移率比电子小。6MOS的等效电阻特性1）电阻反比与器件的宽长比。晶体管的宽度加倍时将使电阻减半。2）当Vdd>>Vt+Vdsat/2时，电阻实际上将于电源电压无关。当提高电源电压时，由于沟长调制效应使电阻的改善很小。3）一点电源电压接近Vt，电阻会急剧增加。7MOS动态特性——各种情况下的电容本征电容：MOS结构电容：Cgs

6、o=Cgdo=CoW   沟道电容：  Cgcs  Cgcd   Cgcb   截止   0   0   Cox*W*Leff   线性  Cox*W*Leff/2Cox*W*Leff/20   饱和  Cox*W*Leff*2/30    0   结电容（源漏反偏PN结耗尽区）：Cdiff=Cbottom+Csw  额外电容：互连线及负载CH4互连1互连线寄生效应对芯片的影响导线引起电容、电阻和电感等寄生参数效应，影响有：1）增加传播延时，引起性能下降。2）影响能耗和功率分布。3）引起额外的噪声来源，从而影响电路的

7、可靠性。2减小互连电阻的方法：先进工艺、互连材料、增加互连层。3互连Elmore延时时间（描述不清，看懂）树形RC链τdi=（∑）Ck*Rik无分支的RC链τdi=（∑）Ci*（∑）Rii1）导线的延时是长度的二次函数；2）分布rc线延时是集总RC模型预测延时的一半，集总模型代表了延时计算的保守估计。4导线电容经验规则：1）rc延迟只在Tprc近似或超过驱动门的Tpgate才考虑；2）rc延时只是在导线输入信号的上升（下降）时间小于导线的上升（下降）时间RC时才予以考虑，即Trise

8、的表面流动，使导体电阻随频率提高而增加。趋肤效应是对较宽导线才有的问题。采用良导体会使趋肤效应在较低频率时就发生。CH5CMOS反相器1静态CMOS反相器的重要特性：1）电压摆幅等于电源电压，噪声容限大。2）逻辑电平与器件的相对尺寸无关，无比逻辑。3）低输出阻抗，对噪声和干扰不敏感。4）极高输入阻抗。稳态输入电流几乎为0。5）没有静态功耗。2反