数字集成电路设计复习课ppt课件.ppt

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1、数字集成电路-电路、系统与设计复习May.20121学习的内容引论:数字集成电路中的设计问题制造工艺（CMOS）器件（D、MOS）导线（寄生R、C、L）CMOS反相器（静态、动态特性）CMOS组合逻辑门的设计时序逻辑电路设计设计综合数字电路中的时序问题23数字集成电路-电路、系统与设计第1章引论摩尔定律4电压传输特性V(x)V(y)VOHVOLVMVOHVOLfV(y)=V(x)SwitchingThresholdNominalVoltageLevelsVOH=f(VOL)VOL=f(VOH)VM=f(VM)5逻

2、辑电平映射至电压范围VILVIHVin斜率=-1斜率=-1VOLVOHVout“0”VOLVILVIHVOH不确定区“1”6“再生”特性7扇入与扇出8动态性能（由动态或瞬态响应来决定）9环振10一阶RC网络voutvinCRtp=ln(2)t=0.69RCImportantmodel–matchesdelayofinverter11逻辑门的功耗瞬时功耗:p(t)=v(t)i(t)=Vsupplyi(t)峰值功耗:Ppeak=Vsupplyipeak平均功耗:能量and能量延时1213数字集成电路-电路、系统与设计

3、第2章制造工艺14现代双阱CMOS工艺过程现代双阱CMOS工艺的截面图15氧化光照掩模工艺步骤涂光刻胶去除光刻胶（沙洗）旋转、清洗、干燥酸刻蚀光刻机曝光光刻胶显影一个光刻过程的典型操作步骤（摘自［Fullman99］）光刻过程16设计规则设计规则是电路设计者和工艺工程师之间的接口设计规则是制造各种掩膜的指南单元尺寸:最小线宽scalabledesignrules:lambdaparameterabsolutedimensions(micronrules)17封装要求电气要求:低参数机械特性:可靠性和牢固性热特性:

4、散热率越高越好低成本:价格低压焊技术数字集成电路-电路、系统与设计第3章器件18二极管的结构和手工分析模型SPICE模型19二极管的结电容、扩散电容20MOS器件21MOSFET工作区域小结StrongInversionVGS>VTLinear(Resistive)VDS

5、器件的差别23手工分析的标准模型24MOS管简单SPICE模型25MOS晶体管电容模型26(1)MOS管栅电容（栅沟道电容+栅覆盖电容）27(2)MOS管扩散电容28寄生电阻2930数字集成电路-电路、系统与设计第4章导线31互连寄生效应的影响InterconnectparasiticsIncreasepropagationdelayaffectperformanceandpowerconsumptionreducereliabilityClassesofparasiticsCapacitiveResistive

6、Inductive32互连电容33互连线的电容:平行板模型+边缘场电容34互连电阻35互连模型:RC集总模型36Elmore延时RC链37导线模型数字集成电路-电路、系统与设计第5章CMOS反相器38CMOS反相器First-OrderDC分析瞬态/动态特性39反相器增益40影响传输特性的因素41直观综述：CMOS电路的特点噪声容限大逻辑电平与器件的相对尺寸无关（无比逻辑）稳态时，输出具有有限电阻输入电阻极高静态功耗小42带负载的反相器延时公式43反相器链的应用44最优级比（等效扇出）与最优级数45CMOS的功

7、耗来源动态功耗电容充放电引起的功耗短路功耗或交变功耗电源和地的直接通路引起的功耗静态功耗主要包括PN结反偏漏电和亚阈值漏电46动态功耗VinVoutCLVdd47短路电流48泄漏电流49减小功耗的方法首要选择:减小电压!RecentyearshaveseenanaccelerationinsupplyvoltagereductionDesignatverylowvoltagesstillopenquestion(0.6…0.9Vby2010!)减小开关电流减小物理电容DeviceSizing:forF=20fop

8、t(energy)=3.53,fopt(performance)=4.4750工艺尺寸缩小模型5152数字集成电路-电路、系统与设计第6章组合逻辑门的设计53静态CMOS电路特点：（1）在每一时间（除切换期间），每个门的输出总是通过低阻路径连至VDD或VSS;（2）静态时，门的输出值总是由电路所实现的布尔函数决定（忽略开关周期内的瞬态效应）；（3）它不同于动态电路：动态电