集成電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．目的與任務(wù)……………………………………………………………………2</p><p>　　2.教學(xué)內(nèi)容基要求………………………………………………………………2</p><p>　　3.設(shè)計(jì)的方法與計(jì)算分析………………………………………………………2</p><

2、;p>　　3.1 74HC139芯片簡介……………………………………………………………3</p><p>　　3.2電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………4</p><p>　　3.3功耗與延遲估算……………………………………………………………13</p><p>　　4. 電路模擬……………………………………………………………………… 15&

3、lt;/p><p>　　4.1直流分析………………………………………………………………16</p><p>　　4.2 瞬態(tài)分析……………………………………………………………17</p><p>　　4.3 功耗分析……………………………………………………………………19</p><p>　　5.版圖設(shè)計(jì)………………………………………………………

4、………………… 21</p><p>　　5.1 輸入級(jí)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………21</p><p>　　5.2 內(nèi)部反相器的設(shè)計(jì)…………………………………………………………21</p><p>　　5.3輸入和輸出緩沖門的設(shè)計(jì)……………………………………………………22</p><p>　　5.4內(nèi)部邏輯門的設(shè)

5、計(jì)…………………………………………………………22</p><p>　　5.5輸出級(jí)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………23</p><p>　　5.6連接成總電路圖……………………………………………………………24</p><p>　　5.3版圖檢查……………………………………………………………24</p><p>　　6.

6、總圖的整理………………………………………………………………………25</p><p>　　7.經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)…………………………………………………………………26</p><p>　　8.參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………… 27</p><p>　　附錄A 電路原理圖總圖（一半）……………………………………………………28</p>

7、;<p>　　附錄B 總電路版圖（無焊盤）………………………………………………………29</p><p>　　附錄C總電路版圖（加焊盤）………………………………………………………30</p><p><b>　　集成電路課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目的與任務(wù)</b></p>&

8、lt;p>　　本課程設(shè)計(jì)是《集成電路分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的實(shí)踐課程，其主要目的是使學(xué)生在熟悉集成電路制造技術(shù)、半導(dǎo)體器件原理和集成電路分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已掌握的知識(shí)，利用相關(guān)軟件，初步熟悉和掌握集成電路芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)→電路設(shè)計(jì)及模擬→版圖設(shè)計(jì)→版圖驗(yàn)證等正向設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　教學(xué)內(nèi)容基本要求</b></p><p>　　2.1課程設(shè)計(jì)

9、題目及要求</p><p>　　器件名稱：含兩個(gè)2-4譯碼器的74HC139芯片</p><p><b>　　要求電路性能指標(biāo)：</b></p><p>　?、趴沈?qū)動(dòng)10個(gè)LSTTL電路（相當(dāng)于15pF電容負(fù)載）；</p><p>　?、戚敵龈唠娖綍r(shí)，≤20uA, =4.4V;</p><p>　

10、?、禽敵龅碗娖綍r(shí)，≤4mA， =0.4V</p><p>　　⑷輸出級(jí)充放電時(shí)間=，＜25ns；</p><p>　?、晒ぷ麟娫?V，常溫工作，工作頻率=30MHZ，總功耗=15mW。</p><p>　　2.2課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容</p><p>　　功能分析及邏輯設(shè)計(jì)；</p><p>　　電路設(shè)計(jì)及器件參數(shù)計(jì)算；<

11、;/p><p><b>　　估算功耗與延時(shí)；</b></p><p><b>　　電路模擬與仿真；</b></p><p><b>　　版圖設(shè)計(jì)；</b></p><p>　　版圖檢查：DRC與LVS；</p><p><b>　　后仿真(選做)；

12、</b></p><p><b>　　版圖數(shù)據(jù)提交。</b></p><p>　　2.3課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)</p><p>　　獨(dú)立完成設(shè)計(jì)74HC139芯片的全過程；</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)使用的工藝及設(shè)計(jì)規(guī)則： MOSIS:mhp_n05；</p><p>　　根據(jù)所用的工藝

13、，選取合理的模型庫；</p><p>　　選用以lambda(λ)為單位的設(shè)計(jì)規(guī)則；</p><p>　　全手工、層次化設(shè)計(jì)版圖；</p><p>　　達(dá)到指導(dǎo)書提出的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。</p><p>　　設(shè)計(jì)的方法與計(jì)算分析</p><p>　　3.1 74HC139芯片簡介</p><p>

14、　　74HC139是包含兩個(gè)2線-4線譯碼器的高速CMOS數(shù)字電路集成芯片，能與TTL集成電路芯片兼容，它的管腳圖如圖3-1所示，其邏輯真值表如表3-1所示</p><p>　　圖3-1 74HC139管腳圖</p><p>　　表3-1 74HC139真值表</p><p>　　由于74HC139芯片是由兩個(gè)2-4譯碼器組成，兩個(gè)譯碼器是獨(dú)立的，所以，這里只分析其

15、中一個(gè)譯碼器。由真值表可以看出，Cs為片選端，當(dāng)其為0時(shí)，芯片正常工作，當(dāng)其為1時(shí)，芯片封鎖。A1、A0為輸入端，Y0-Y3為輸出端，而且是低電平有效。</p><p>　　分析其邏輯功能，可以得到邏輯表達(dá)式：</p><p>　　由邏輯表達(dá)式可以得到的邏輯圖如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 74HC139邏輯圖</p><p>

16、<b>　　3.2 電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次電路設(shè)計(jì)采用的是m12_20.md模型的各參數(shù)。其參數(shù)如下：</p><p>　　N管： =3.9×8.85×F/m =605.3</p><p>　　P管：=3.9×8.85×F/m </p><p>　

17、　3.2.1輸出級(jí)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　據(jù)要求，輸出級(jí)等效電路如圖3-3所示，輸入Vi為前一級(jí)的輸出，可認(rèn)為是理想的輸出，即=,=。</p><p>　　圖3-3 輸出級(jí)等效電路</p><p><b>　?、泡敵黾?jí)N管的計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)輸入為高電平時(shí)，輸出為低電平，N管導(dǎo)通，后級(jí)TTL有較大

18、的灌電流輸入，要求≤4mA，=0.4V，依據(jù)MOS管的理想電流統(tǒng)一方程式：</p><p>　　可以求出的值。其主要計(jì)算如下:</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=47.27≈48</b></p><p><b>　?、戚敵黾?jí)P管的計(jì)算</b>

19、</p><p>　　當(dāng)輸入為低電平時(shí)，輸出為高電平，P管導(dǎo)通。同時(shí)要求N管和P管的充放電時(shí)間，分別求出這兩個(gè)條件下的極限值，然后取大者。</p><p>　　以≤20uA,為條件計(jì)算極限值，用MOS管理想電流方程統(tǒng)一表達(dá)式：</p><p>　　可以求出的值。其主要計(jì)算如下：</p><p><b>　　=</b>&l

20、t;/p><p><b>　　≈0.47≈1</b></p><p>　　N管和P管的充放電時(shí)間和表達(dá)式分別為</p><p>　　以計(jì)算的值。其計(jì)算如下：</p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　由，故有</b></p&g

21、t;<p><b>　　=</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)，化簡可以得</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　，代入，得到</b></p><p>　　比較兩種方法的，取其中的最大值，即取</p><p>

22、;　　3.2.2內(nèi)部基本反相器中的各MOS 尺寸的計(jì)算</p><p>　　內(nèi)部基本反相器如圖3-4所示，它的N管和P管尺寸依據(jù)充放電時(shí)間和方程來求。關(guān)鍵點(diǎn)是先求出式中的(即負(fù)載)。</p><p>　　圖3-4 內(nèi)部反相器</p><p>　　它的負(fù)載由以下內(nèi)部反相器（如右圖所示）的負(fù)載由CL以下三部分電容組成：</p><p>　?、俦炯?jí)

23、漏極的PN結(jié)電容CPN；②下級(jí)的柵電容Cg；③連線雜散電容CS。</p><p>　　①本級(jí)漏極PN結(jié)電容CPN計(jì)算</p><p>　　CPN＝Cja×（Wb）+Cjp×(2W+2b)</p><p>　　其中Cja是每um2的結(jié)電容，Cjp是每um的周界電容，b為有源區(qū)寬度，可從設(shè)計(jì)規(guī)則獲取。在這里，最小孔為2λ×2λ，孔與多晶硅柵

24、的最小間距為2λ，孔與有源區(qū)邊界的最小間距為2，則取b＝6λ。</p><p>　　總的漏極PN結(jié)電容應(yīng)是P管 的和N管的總和，即：</p><p>　　CPN＝Cja×（WN＋WP）b＋Cjp×(2WN＋2WP＋4b)</p><p>　　分析到整個(gè)電路一條支路大概有6個(gè)級(jí)，取tr=tf=0.5ns，采用的模型參數(shù)有：</p&g

25、t;<p><b>　　代入數(shù)據(jù)到的式子得</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　(注意這里的和都用國際單位表示)</p><p><b>　?、跂烹娙軨g計(jì)算</b></p><p>　　Cg＝Cg.N＋Cg.P＝</p>

26、;<p>　　此處和為與本級(jí)漏極相連的下一級(jí)N管和P管的柵極尺寸，近似取輸出級(jí)的和值。</p><p>　　這里和采用輸出級(jí)的大小進(jìn)行計(jì)算。由設(shè)計(jì)規(guī)則，L=2λ，λ=1.0um，代入得到</p><p><b>　?、圻B線雜散電容Cs</b></p><p>　　一般CPN＋Cg≈10CS，可忽略CS作用。所以，內(nèi)部基本反相器的總

27、負(fù)載電容為上述各電容計(jì)算值之和。即有</p><p>　　把代入tr和tf的計(jì)算式，并根據(jù)tr=tf≤25ns的條件，計(jì)算出和。代入的方程有：</p><p><b>　?。P(guān)系式⑴）</b></p><p>　　又有=、以及式子聯(lián)立，可以解得</p><p>　　→，聯(lián)立關(guān)系式⑴可以解得 </p>

28、<p><b>　　即 </b></p><p>　　3.2.3 內(nèi)部邏輯門MOS尺寸的計(jì)算</p><p>　　內(nèi)部邏輯門的電路如圖3-5所示。根據(jù)截止延遲時(shí)間和導(dǎo)通延遲時(shí)間 的要求，在最壞情況下，必須保證等效N管、P管的等效電阻與內(nèi)部基本反相器的相同，這樣三輸入與非門就相當(dāng)于內(nèi)部基本反相器了。因此，N管的尺寸放大3倍，而P管尺寸不變，即：&

29、lt;/p><p>　　代入內(nèi)部反相器的寬長比，可以算出邏輯MOS尺寸：</p><p>　　圖3-5 內(nèi)部邏輯門電路</p><p>　　3.2.4輸入級(jí)設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本電路是與TTL兼容，TTL的輸入電平ViH可能為2.4V，如果按正常內(nèi)部反相器進(jìn)行設(shè)計(jì)，則N1、P1構(gòu)成的CMOS將有較大直流功耗。故采用圖3-6示的電路，通過

30、正反饋的P2作為上提拉管，使ViH較快上升，減小功耗，加快翻轉(zhuǎn)速度。</p><p>　　圖3-6 輸入級(jí)電路</p><p>　　（1）提拉管P2的（W/L）P2計(jì)算</p><p>　　為了節(jié)省面積，同時(shí)又能使ViH較快上升，取（W/L）P2＝1。理論上，這里取L=2λ,W=2λ。而且為了方便畫圖，這里就去L=6λ。</p><p>　

31、?。?）CMOS 反相器P1管（W/L）P1的計(jì)算</p><p>　　此P1管應(yīng)取內(nèi)部基本反相器的尺寸（具體計(jì)算過程見內(nèi)部基本反相器中各MOS尺寸的計(jì)算）。因此這里取 </p><p>　　（3）CMOS 反相器N1管（W/L）N1的計(jì)算</p><p>　　由于要與TTL電路兼容，而TTL的輸出電平在0.4～2.4V之間轉(zhuǎn)換，因此要選取反相器的狀態(tài)轉(zhuǎn)變電平：&

32、lt;/p><p><b>　　又知：</b></p><p><b>　　,代入數(shù)據(jù)，有</b></p><p><b>　　→→</b></p><p>　　式中：,，兩式子相比，有</p><p><b>　　→ </b><

33、/p><p>　　3.2.5 緩沖級(jí)設(shè)計(jì)</p><p><b>　?、泡斎刖彌_級(jí)</b></p><p>　　由74HC139的邏輯圖可知，在輸入級(jí)中有三個(gè)信號(hào)：Cs、A1、A0。其中Cs經(jīng)一級(jí)輸入反相器后，形成, 用去驅(qū)動(dòng)4個(gè)三輸入與非門，故需要緩沖級(jí)，使其驅(qū)動(dòng)能力增加。同時(shí)為了用驅(qū)動(dòng)，必須加入緩沖門。由于A1、A0以及、各驅(qū)動(dòng)內(nèi)部與非門2個(gè)

34、，所以可以不用緩沖級(jí)。</p><p>　　Cs緩沖級(jí)的設(shè)計(jì)過程如下：</p><p>　　Cs的緩沖級(jí)與輸入級(jí)和內(nèi)部門的關(guān)系如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 Cs的緩沖級(jí)</p><p>　　圖中M1為輸入級(jí)，M2為內(nèi)部門，M3為緩沖級(jí)驅(qū)動(dòng)門。M1的P管和N管的尺寸即為上述所述的輸入級(jí)CMOS反相器P1管和 N1管尺寸，M2

35、的P管和N管的尺寸即為內(nèi)部基本反相器P1管和 N1管尺寸，M3的P管和N管的尺寸由級(jí)間比值（相鄰級(jí)中MOS管寬度增加的倍數(shù)）來確定。如果要求尺寸或功耗最佳，級(jí)間比值為2～10。具體可取。N為扇出系數(shù)，它的定義是：</p><p>　　在本例中，前級(jí)等效反相器柵的面積為M2的P管和N管的柵面積總和，下級(jí)柵的面積為4個(gè)三輸入與非門中與Cs相連的所有P管和N管的柵面積總和。</p><p>&l

36、t;b>　　因此，</b></p><p><b>　　≈ 6.4</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　則有：</b></p><p><b>　　⑵緩沖輸出級(jí)</b></p><

37、;p>　　由于輸出級(jí)部分要驅(qū)動(dòng)TTL電路，其尺寸較大，因而必須在與非門輸出與輸出級(jí)之間加入一級(jí)緩沖門M1，如圖3-8所示。將與非門M0等效為一個(gè)反相器，類似上述Cs的緩沖級(jí)設(shè)計(jì)，計(jì)算出M1的P管和N管的尺寸。</p><p>　　圖3-8 輸出緩沖級(jí)</p><p><b>　　計(jì)算類似于輸入級(jí)：</b></p><p>　　3.2.6

38、輸入保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)镸OS器件的柵極有極高的絕緣電阻，當(dāng)柵極處于浮置狀態(tài)時(shí)，由于某種原因（如觸摸），感應(yīng)的電荷無法很快地泄放掉。而MOS器件的柵氧化層極薄，這些感應(yīng)的電荷使得MOS器件的柵與襯底之間產(chǎn)生非常高的電場(chǎng)。該電場(chǎng)強(qiáng)度如果超過柵氧化層的擊穿極限，則將發(fā)生柵擊穿，使MOS器件失效，因此要設(shè)置保護(hù)電路。</p><p>　　可設(shè)計(jì)如圖3-9所示的輸入保護(hù)電路。保護(hù)

39、電路中的電阻可以是擴(kuò)散電阻、多晶硅電阻或其他合金薄膜電阻，其典型值為300～500Ω。二極管的有效面積可取500μm2，或用Shockley方程計(jì)算。</p><p>　　由于保護(hù)電路計(jì)算比較復(fù)雜，因此在版圖設(shè)計(jì)中直接調(diào)用庫中的標(biāo)準(zhǔn)pad，因其包含保持電路，就不必另外的保護(hù)電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3-9 保護(hù)電路</p><p>　　至此，完成了全部器件

40、的參數(shù)計(jì)算，匯總列出各級(jí)N管和P管的尺寸如下：</p><p><b>　　輸入級(jí)：</b></p><p><b>　　內(nèi)部反相器;</b></p><p><b>　　輸入緩沖級(jí)：</b></p><p><b>　　內(nèi)部邏輯門：</b></p&

41、gt;<p><b>　　緩沖輸出級(jí)：</b></p><p><b>　　輸出級(jí)：</b></p><p>　　3.3 功耗與延遲估算</p><p>　　在估算延時(shí)、功耗時(shí)，從輸入到輸出選出一條級(jí)數(shù)最多的支路進(jìn)行估算。74HC139電路從輸入到輸出的所有各支路中，只有Cs端加入了緩沖級(jí)，因而增加了延時(shí)與功

42、耗，因此在估算延時(shí)、功耗時(shí)，就以Cs支路電路圖(如下圖所示)來簡化估算。</p><p>　　圖3-10 估算延時(shí)、功耗Cs支路電路</p><p>　　3.3.1 模型簡化</p><p>　　由于在實(shí)際工作中，四個(gè)三輸入與非門中只有一個(gè)可被選通并工作，而另三個(gè)不工作，所以估算功耗時(shí)只估算上圖所示的支路即可。</p><p>　　在Cs端經(jīng)

43、三級(jí)反相器后，將不工作的三個(gè)三輸入與非門等效為負(fù)載電容CL1，而將工作的一個(gè)三輸入與非門的兩個(gè)輸入接高電平，只將Cs端信號(hào)加在反相器上。在X點(diǎn)之前的電路，由于A0，A1，Cs均為輸入級(jí)，雖然A0、A1比Cs少一個(gè)反相器，作為工程估算，可以認(rèn)為三個(gè)輸入級(jí)是相同的，于是，估算功耗時(shí)對(duì)X點(diǎn)這前的部分只要計(jì)算Cs這一個(gè)支路，最后將結(jié)果乘以3倍就可以了。在X點(diǎn)之后的電路功耗，則只計(jì)算一個(gè)支路。</p><p>　　3.3.

44、2 功耗估算</p><p>　　CMOS電路的功耗中一般包括靜態(tài)功耗、瞬態(tài)功耗、交變功耗。由于CMOS電路忽略漏電，靜態(tài)功耗近似為0，工作頻率不高時(shí)，也可忽略交變功耗，則估算時(shí)只計(jì)算瞬態(tài)功耗PT即可。PT是上述Cs支路各級(jí)器件功耗的總和（共有6級(jí)），即：</p><p>　　PT=CL總Vdd2fmax</p><p><b>　　其中：</b&g

45、t;</p><p>　　為本級(jí)漏極PN結(jié)電容，按3.2.2①相關(guān)公式計(jì)算：</p><p>　　為與本級(jí)漏極相連的下一級(jí)柵電容，按3.2.2②的計(jì)算（這里忽略輸入提拉管的電容做近似計(jì)算）：</p><p>　　為本級(jí)漏連接到下一級(jí)柵連線雜散電容，其值較小，可忽略不計(jì)。</p><p>　　為斷開的三個(gè)三輸入的非門柵電容，按3.2.2②的計(jì)算

46、（這里取其中一個(gè)門做近似）：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　為最后一級(jí)（即輸出級(jí)）的下一級(jí)柵電容，即負(fù)載電容15pF。</p><p>　　X前、X后表示Cs支路電路中X點(diǎn)之前或X點(diǎn)之后的所有器件。</p><p>　　對(duì)于74HC139器件，整個(gè)芯片功耗為2PT:</p>&

47、lt;p><b>　　符合設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　3.3.3 延遲估算</p><p>　　算出每一級(jí)等效反相器延遲時(shí)間，總的延遲時(shí)間為各級(jí)（共6級(jí)）延遲時(shí)間的總和。各級(jí)等效反相器延遲時(shí)間可用下式估算：</p><p>　　各字母的意義如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 延遲時(shí)間，上

48、升與下降時(shí)間</p><p>　　由上面的計(jì)算可以看出，，即最后一級(jí)（即輸出級(jí)）的下一級(jí)柵電容比起其它電容都大得多，在這里為了簡化運(yùn)算，用最后一級(jí)功耗乘以級(jí)數(shù)進(jìn)行估算。</p><p>　　所以有 符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　4.電路模擬</b></p><p>　　電路模擬中為了減小工作量，使用上述

49、功耗與延遲估算部分用過的Cs支路電路圖。為了計(jì)算出功耗，在兩個(gè)電源支路分別加入一個(gè)零值電壓源VI1和VI2，電壓值為零（如下圖3-12所示），在模擬時(shí)進(jìn)行直流掃描分析，然后就可得出功耗。</p><p>　　圖3-12 電路模擬用Cs支路電路</p><p>　　把此電路圖轉(zhuǎn)化為SPICE文件，加入電路特性分析指令和控制語句，即可進(jìn)行電路模擬。</p><p>　　

50、首先，寬長比采用計(jì)算的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一次仿真模擬，但是，從仿真模擬的結(jié)果并不理想，直流分析的轉(zhuǎn)變電平?jīng)]有達(dá)到1.4V，瞬時(shí)分析的輸出波形是一個(gè)三角波，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，故為了改變轉(zhuǎn)變電平，對(duì)輸入級(jí)管的寬長比進(jìn)行修改。為了改變瞬時(shí)分析時(shí)輸出的波形，對(duì)輸出級(jí)管的寬長比也進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，以符合設(shè)計(jì)的要求。通過修改的寬長比如下：</p><p><b>　　輸入級(jí)：</b></p><

51、p><b>　　輸出級(jí)：</b></p><p>　　修改為以上數(shù)值后，進(jìn)行下列各參數(shù)的模擬分析。</p><p><b>　　4.1直流分析</b></p><p>　　直流分析：當(dāng)VCS由0.4V變化到2.4V過程中，觀察波形得到閾值電壓（狀態(tài)轉(zhuǎn)變電平）VI*。VI*的值應(yīng)為1.4V。直流分析的電路圖如圖4-1所

52、示，其對(duì)應(yīng)的SPICE文件如圖4-2所示，直流分析的輸入輸出電壓曲線如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-1 直流分析電路圖</p><p>　　圖4-2 直流分析SPICE設(shè)置</p><p>　　圖4-3 直流分析輸入輸出電壓關(guān)系</p><p>　　分析：從電壓關(guān)系可以看出，轉(zhuǎn)變電平大約在1.4V左右，符合設(shè)計(jì)的要求。因此所畫電路

53、通過了直流分析測(cè)試。</p><p><b>　　4.2 瞬態(tài)分析</b></p><p>　　從波形中得到tpLH、tpHL、tr和tf，然后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。瞬態(tài)分析的電路圖見圖4-4所示，其對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)分析的SPICE文件設(shè)置見圖4-5所示。對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)分析的結(jié)果見圖4-6。</p><p>　　圖4-4 瞬態(tài)分析電路圖</p>&

54、lt;p>　　圖4-5 瞬時(shí)分析SPICE設(shè)置</p><p>　　圖4-6 瞬態(tài)分析輸入輸出電壓關(guān)系</p><p>　　由W-edit可以得到其瞬態(tài)參數(shù)如下：</p><p>　　tr=1.93ns tf =2.45ns tpLH=2.60ns tpHL=3.29ns </p><p><b>　　則<

55、/b></p><p><b>　　滿足電路設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>　　4.3 功耗分析</b></p><p>　　對(duì)電壓源VI1和VI2進(jìn)行直流掃描分析：“.dc lin source VI1 0 5 0.1 sweep lin source VI2 0 5 0.1 ”，輸出“.pr

56、int dc p( VI1) p(VI2)”。功耗分析的電路原理圖見圖4-7，SPICE文件設(shè)置見圖4-8，功耗分析結(jié)果見圖4-9。</p><p>　　這里的功耗分析采用的是靜態(tài)功耗，所以這里沒有加入脈沖源，只有直流電源。</p><p>　　圖4-7 功耗分析電路原理圖</p><p>　　圖4-8 功耗分析SPICE設(shè)置</p><p&

57、gt;　　圖4-9 功耗分析結(jié)果</p><p>　　從波形中得出p( VI1 )max=-782.46pW p(VI2)max=-102.24nW，總功耗：</p><p>　　Ptotal＝2×[3×p( VI1 )max＋p(VI2)max]=209nW</p><p>　　模擬分析得到的結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)比較。可以看出，這次的電路設(shè)計(jì)滿足設(shè)

58、計(jì)要求。</p><p><b>　　版圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　這次的版圖設(shè)計(jì)采用的是層次化、全手工設(shè)計(jì)版圖。</p><p>　　所謂的層次化設(shè)計(jì)版圖，就是先設(shè)計(jì)單元版圖，由簡單的單元版圖再組成較復(fù)雜的單元版圖，一層層設(shè)計(jì)，直至完成芯片的整體版圖。</p><p>　　5.1 輸入級(jí)的設(shè)計(jì)</p>

59、;<p>　　輸入級(jí)的設(shè)計(jì)如圖5-1所示，這里根據(jù)電路圖，由于提拉管的寬長比只有1，所以這里的多晶硅柵的寬度采用6λ，其余的多晶硅柵采用2λ的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　圖5-1 輸入級(jí)版圖</p><p>　　5.2 內(nèi)部反相器的設(shè)計(jì)</p><p>　　內(nèi)部反相器的寬長比比較小，考慮到這個(gè)原因，采用了將源、漏極的區(qū)域擴(kuò)大的方法，以保證能夠符合設(shè)

60、計(jì)規(guī)則。設(shè)計(jì)的版圖見圖5-2。</p><p>　　圖5-2 內(nèi)部反相器版圖</p><p>　　5.3 輸入和輸出緩沖門的設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于緩沖門，由于其管的寬長比比較大，這里采用了梳狀結(jié)構(gòu)，從而減少了其管的面積，有效的利用的設(shè)計(jì)空間，其設(shè)計(jì)原理與內(nèi)部反相器類似。具體的版圖見圖5-3-1和5-3-2。</p><p>　　圖5-

61、3-1 輸入緩沖門 圖5-3-2 輸出緩沖門</p><p>　　5.4 內(nèi)部邏輯門的設(shè)計(jì)</p><p>　　內(nèi)部邏輯門涉及到的管比較多，區(qū)別于梳狀結(jié)構(gòu)，這里采用了多條多晶硅柵，而又考慮到盡量只用第一層金屬線來布線（這樣在總圖連接引線會(huì)更加方便，更加容易），這里引出了多晶硅柵分別接輸入端口。所設(shè)計(jì)的版圖見圖5-4。</p><p&

62、gt;　　圖5-4 內(nèi)部邏輯門版圖</p><p>　　5.5 輸出級(jí)的設(shè)計(jì)</p><p>　　從計(jì)算中可以看出，輸出級(jí)的管的寬長比相比其它級(jí)來說是最大的，因此這里必須采用梳狀結(jié)構(gòu)。而且需要多個(gè)管并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)較大的寬長比。輸出級(jí)的版圖見圖5-5。</p><p>　　圖5-5 輸出級(jí)的版圖</p><p>　　5.6 連接成總電路圖</

63、p><p>　　至此，每一個(gè)級(jí)的版圖都設(shè)計(jì)出來了，現(xiàn)在可以進(jìn)行各個(gè)版圖的整合成總的版圖。按照?qǐng)D3-2所示的邏輯圖接線，得到最終的電路版圖（見附錄B）。</p><p>　　得到電路版圖后，算是大部分工作完成了，但是總電路圖還需要加上焊盤，這里引入了PAD模塊焊盤，一方面作保護(hù)電路使用，另一方面，則用來連接外部電路。加上焊盤后的電路總圖見附錄C。</p><p><

64、b>　　5.7 版圖檢查</b></p><p>　　5.7.1 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）</p><p>　　這一個(gè)操作與每一個(gè)子模塊的設(shè)計(jì)必須同步進(jìn)行。做DRC檢查時(shí)應(yīng)該分成小塊（單元）檢查。每一部分做成一個(gè)單元，每個(gè)單元進(jìn)行DRC檢查。在全部通過后，將單元組合成電路，最終做一次全版圖的DRC，以確保全版圖正確。</p><p>　　總圖的版

65、圖設(shè)計(jì)規(guī)則檢查見圖5-7所示。</p><p>　　圖5-7 總圖的DRC檢查</p><p>　　由DRC檢查結(jié)果可以看出，總圖能夠通過DRC檢查。</p><p>　　注：考慮到焊盤加上后DRC檢查不通過的問題，這里只對(duì)沒有加焊盤的進(jìn)行DRC檢查。</p><p>　　5.7.2 電路網(wǎng)表匹配（LVS）檢查</p><

66、p>　　電路圖提取的網(wǎng)表文件(.sp)與版圖提取的網(wǎng)表文件(.spc)，進(jìn)行元件和節(jié)點(diǎn)的匹配檢查。如果匹配，表明版圖的連接及版圖中各管子的生成是正確的。因此，只要保證電路圖是正確的，LVS檢查就可以驗(yàn)證版圖的正確性。</p><p>　　LVS檢查的結(jié)果見圖5-8。</p><p>　　圖5-8 總圖LVS對(duì)照檢查結(jié)果</p><p>　　由結(jié)果可以看出，電路

67、原理圖與電路版圖匹配正確。</p><p>　　5.7.3 版圖數(shù)據(jù)的提交</p><p>　　所設(shè)計(jì)的版圖通過DRC和LVS的檢查，及ERC檢查(本次設(shè)計(jì)不做)，然后轉(zhuǎn)換成制造掩膜用的碼流數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換成的碼流數(shù)據(jù)見圖5-9。</p><p>　　圖5-9 碼流數(shù)據(jù)截圖</p><p><b>　　總圖的整理</b><

68、;/p><p>　　到這里，原理圖以及版圖的設(shè)計(jì)都完成了。整理總的原理圖和總的版圖（見附錄A、附錄B、附錄C）。</p><p><b>　　經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是集成電路芯片74HC139設(shè)計(jì)，歷時(shí)兩個(gè)星期，兩個(gè)星期的辛勞，收獲了兩個(gè)星期的成果。</p><p>　　這是我上大學(xué)

69、以來的第一次感覺比較專業(yè)的一次課程設(shè)計(jì)。最初接觸到這樣一個(gè)設(shè)計(jì)，感覺是比較無從入手，翻開指導(dǎo)書，見到的是密密麻麻的文字，加上看不懂的公式，不禁有一種比較大的壓力。正如霍金所說的：“公式多一條，讀者將會(huì)減少一半。”要是霍金教授說的是對(duì)的，那么這一本小小的課程設(shè)計(jì)恐怕比較少人會(huì)看。但是，課程設(shè)計(jì)是我們學(xué)習(xí)的必經(jīng)階段，因此，只能慢慢去實(shí)踐了。</p><p>　　第一天xx老師開設(shè)了課程設(shè)計(jì)的課，在課上，老師講解了設(shè)計(jì)

70、的主要步驟。想到我對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)還是一無所知，我聽課比較認(rèn)真，通過這次的設(shè)計(jì)指導(dǎo)課，我基本了解了設(shè)計(jì)的概況，以及有了一個(gè)比較基本的設(shè)計(jì)規(guī)劃目標(biāo)。</p><p>　　目標(biāo)確定，接下來就要踏出設(shè)計(jì)的第一步。萬事開頭難，為了確定電路的各個(gè)參數(shù)，我們必須進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。雖說是計(jì)算，但是在計(jì)算中卻遇到了不少的問題，由于計(jì)算的公式比較復(fù)雜，因此算起結(jié)果來也是非常不容易的，這要求我們要細(xì)心，對(duì)每一件事都要有仔細(xì)的有始有終，我

71、們開頭幾天都是蹲在課室里，由早到晚計(jì)算，也為了互相幫助，大家都很愿意地留在課室，以方便交流。</p><p>　　計(jì)算是一件較為長遠(yuǎn)和遇到問題比較多的事。當(dāng)然除了細(xì)心，聰明才智還是可以派上用場(chǎng)。在利用電容的關(guān)系計(jì)算寬長比是這次計(jì)算中的難點(diǎn)，許多同學(xué)花了比較多的時(shí)間在這個(gè)計(jì)算上，為了簡化計(jì)算，我想了很多的方法，嘗試過利用計(jì)算機(jī)的解方程軟件幫忙，但是，由于未知參數(shù)以及數(shù)據(jù)實(shí)在比較多，輸入到計(jì)算機(jī)并不好表達(dá)，最后只好放

72、棄了這個(gè)念頭，還是得實(shí)實(shí)在在的計(jì)算吧。計(jì)算的過程真的不好弄，當(dāng)我在苦算時(shí)，有同學(xué)已經(jīng)算出了結(jié)果，我借鑒了一下他的結(jié)果，利用他的結(jié)果，我大概估算了一下原方程的數(shù)量級(jí)，我恍然大悟，計(jì)算并不復(fù)雜，只要知道結(jié)果的大概數(shù)量級(jí)，利用其數(shù)量級(jí)的關(guān)系，可以使原方程大為簡化，而且簡化后求得的結(jié)果與精確計(jì)算的結(jié)果相差無幾。我按照自己簡化的方法計(jì)算，終于解決了計(jì)算的難關(guān)。</p><p>　　計(jì)算完成，接下來的是電路模擬，相比起計(jì)算，

73、電路模擬的難度比較少，主要的困難是模擬軟件各參數(shù)的設(shè)置，不過由于通過作業(yè)，有了對(duì)Tanner Pro軟件的基本了解，因此這次的設(shè)置并不難。很快，電路模擬完成了。</p><p>　　接下來的是版圖的設(shè)計(jì)。在這次的設(shè)計(jì)中，這個(gè)環(huán)節(jié)可以算是重中之重。如果說計(jì)算僅僅是小試牛刀，那么版圖設(shè)計(jì)就是重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。不過，由于之前的作業(yè)對(duì)Tanner Pro有大概的了解，因此這次的各單元的版圖設(shè)計(jì)并不是太難，但是我的美術(shù)功底比

74、較低，畫圖總覺得很不如人意，因此只有不斷去修改，以求做到完美。這無可避免的是要花比較長的時(shí)間，但是我覺得是很值得的，通過畫版圖我覺得自己畫圖的能力提高了。</p><p>　　每一個(gè)單元版圖設(shè)計(jì)花的時(shí)間并不多，但是接下來的這個(gè)階段，我卻花了大部分的時(shí)間。接下來的任務(wù)是把各單元組合成版圖的總圖。單純的組合并不麻煩，只需按照電路圖接線就可以，但是要通過LVS檢查，這就比較麻煩了。第一次檢查，發(fā)現(xiàn)了一大堆的錯(cuò)誤。仔細(xì)分

75、析那些錯(cuò)誤，器件數(shù)沒有問題，都是節(jié)點(diǎn)數(shù)不一致。檢查起來還真的比較困難，但是就算是困難，也要咬緊牙關(guān)通過。通過了日日夜夜的辛勞，最終終于發(fā)現(xiàn)了問題，重新接好線，就OK了，完成了LVS檢查，不禁有一種成就感。最后，加上焊盤，版圖的設(shè)計(jì)也完成了。</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)歷時(shí)兩個(gè)星期，雖然是短短的兩個(gè)星期，但是卻帶給了我很多的收獲。首先，我的專業(yè)知識(shí)充實(shí)了，認(rèn)識(shí)也更加深入，這對(duì)我以后在電子行業(yè)的工作是比較有利

76、的。然后，這也培養(yǎng)了我對(duì)待每一件事仔細(xì)認(rèn)真的態(tài)度，哪怕是小小的一件事，也要做得完美。這次的設(shè)計(jì)遇到了不少問題，不過問題對(duì)于我們來說并不可怕，可怕的是我們對(duì)自己能否解決問題沒有信心，有危必有機(jī)，解決問題也是一種機(jī)遇，通過這次設(shè)計(jì)中遇到問題，然后解決了問題，我對(duì)自己的設(shè)計(jì)的信心大大提高，而且學(xué)到了許多課本沒有的東西。</p><p>　　兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)，收獲的是知識(shí)，收獲的是信心，收獲到的是解決問題的決心。</

77、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?、派暇W(wǎng)收集相關(guān)資料.</p><p>　　⑵陳先朝. 集成電路課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書. 2009.</p><p>　?、橇卧Ｔu(píng)，陸瑞強(qiáng)編. Tanner Pro 集成電路設(shè)計(jì)與布局實(shí)戰(zhàn)指導(dǎo)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2007年：1～274.</p><

78、;p>　?、戎煺? 半導(dǎo)體集成電路[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009年：388～409.</p><p>　　⑸王志功等. 集成電路設(shè)計(jì)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008年：1～295.</p><p>　　附錄A 電路原理圖總圖（一半）</p><p>　　附錄B 總電路版圖（無焊盤）</p><p>　　附錄C 總電路