第6章 数字集成电路基本单元与版图1.ppt

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1、第6章数字集成电路基本单元与版图6.1引言6.2CMOS基本门电路及版图实现6.3数字电路标准单元库设计简介6.4焊盘输入输出单元（I/OPAD）2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversity数字集成电路的基本电路的主要性能指标是：（1）工作速度（延迟时间的长短）；（2）集成度（占用面积的大小）；（3）功耗（消耗的电源功率）；（4）噪声容限等。2007-2008-1SchoolofInformation

2、andCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现CMOS反相器（1）CMOS反相器的具体电路如图所示，这是一种典型的CMOS电路结构，它由一个NMOS晶体管和PMOS晶体管配对构成，两个器件的漏极相连作为输出，栅极相连作为输入。NMOS晶体管的衬底与它的源极相连并接地，PMOS晶体管的衬底与它的源极相连并接电源。2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianji

3、nPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现（2）CMOS物理结构的剖视图如图所示。其中n沟道晶体管是在p阱区中制作的；而P沟道晶体管是在n型衬底上制作的。两个晶体管的栅极联在一起形成输入端。2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现开关特性我们希望反相器的上升时间和下降时间近似相等，则需要使PMOS管的沟道宽度必须加宽到NMOS管沟道宽度的

4、n/p倍左右。2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现功耗无论CMOS门处于这两种逻辑形态中的哪一种状态，两个MOS管中始终有一个管子是截止的。由于没有从VDD到VSS的直流通路，也没有电流流入栅极，所以，静态（稳态）电流和静态功耗PD都是0。2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianji

5、nPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现CMOS反相器的设计CMOS反相器的版图实现2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现（a）垂直走向MO

6、S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。2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现与非门和或非门电路（1）工作原理二输入与非门和二输入或非门电路如图所示，两个PMOS管并联与两个串联的NMOS管相连构成了二输入与非门，两个NMOS管

7、并联与两个串联的PMOS相连构成了二输入或非门。（2）与非门和或非门电路的设计（3）版图实现2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现•CMOS传输门和开关逻辑（1）工作原理在图中的CMOS传输门采用了P管和N管对，控制信号和C分别控制P管和N管，使两管同时关断和开通。由于PMOS管对输入信号S高电平的传输性能好，而NMOS管对输入信号S低电平的传输性能好，从而使信号S可

8、以获得全幅度的传送而没有电平损失。2007-2008-1SchoolofInformationandCommunicationEngineeringTianjinPolytechnicUniversityCMOS基本门电路及版图实现（2）利用传输门，很容易构成一些开关逻辑。1）与或门2）异