第18章集成電路正向設(shè)計

1、第第18 18章章 集成電路的正向設(shè)計集成電路的正向設(shè)計18.2 18.2 雙極型集成電路的正向設(shè)計雙極型集成電路的正向設(shè)計18.1 MOS18.1 MOS集成電路的正向設(shè)計集成電路的正向設(shè)計18.1 MOS18.1 MOS集成電路的正向設(shè)計集成電路的正向設(shè)計一、一、74HC13974HC139電路簡介電路簡介兩個兩個2 24 4譯碼器譯碼器二、電路設(shè)計二、電路設(shè)計1 1、輸出級、輸出級電路設(shè)計電路設(shè)計2 2、輸入級、輸入級電路設(shè)計電路設(shè)計3 3、內(nèi)部基、內(nèi)部基本反相器本反相器4 4、內(nèi)部邏、內(nèi)部邏輯門設(shè)計輯門設(shè)計5 5、緩沖級的設(shè)計、緩沖級的設(shè)計（1 1）輸入）輸入緩沖級緩沖級（2 2）輸出

2、緩沖級）輸出緩沖級6 6、輸入保護(hù)電路設(shè)計、輸入保護(hù)電路設(shè)計 根據(jù)以上的分析，得到圖根據(jù)以上的分析，得到圖18.1018.10所示的所示的74HCl39(1/4)74HCl39(1/4)電路圖。電路圖。對以上的結(jié)對以上的結(jié)果必須進(jìn)行果必須進(jìn)行工程估算，工程估算，并用并用PSPICEPSPICE程序?qū)ζ溥M(jìn)程序?qū)ζ溥M(jìn)行模擬，以行模擬，以驗證所設(shè)計驗證所設(shè)計的電路是否的電路是否滿足技術(shù)指滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。標(biāo)的要求。三、工程估算三、工程估算 圖中圖中C CL1L10.468pF0.468pF，它是后級部分三個不工作的三輸入與非門，它是后級部分三個不工作的三輸入與非門的等效電容負(fù)載。由于在模擬時參量有

3、變動，所以在圖中沒有的等效電容負(fù)載。由于在模擬時參量有變動，所以在圖中沒有標(biāo)出管子參數(shù)，只標(biāo)出管子號和節(jié)點號。標(biāo)出管子參數(shù)，只標(biāo)出管子號和節(jié)點號。四、電路模擬四、電路模擬 電路模擬中為了減小工作量，使用工電路模擬中為了減小工作量，使用工程估算部分的簡化電路，為了計算功耗，程估算部分的簡化電路，為了計算功耗，必須求出電流。因此，在兩個電源支路必須求出電流。因此，在兩個電源支路分別加入了一個零值電壓源分別加入了一個零值電壓源V VI1I1和和V VI2 I2 ，從而可以直接求出流過它們的電流。從而可以直接求出流過它們的電流。五、版圖設(shè)計五、版圖設(shè)計六、版圖檢查六、版圖檢查1 1版圖設(shè)計規(guī)則檢查版圖

4、設(shè)計規(guī)則檢查(DRC)(DRC) 做做DRCDRC檢查時應(yīng)該分成小塊檢查時應(yīng)該分成小塊( (單元單元) )檢查。每一部分做檢查。每一部分做成一個單元，每個單元進(jìn)行成一個單元，每個單元進(jìn)行DRCDRC檢查。在全部通過后，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將單元組合成電路，最終做一次全版圖的DRCDRC，以確保，以確保全圖正確。全圖正確。 2 2電路網(wǎng)表匹配電路網(wǎng)表匹配(LVS)(LVS)檢查檢查 LVS LVS檢查就是把由版圖提取的網(wǎng)表文件和由電路圖提檢查就是把由版圖提取的網(wǎng)表文件和由電路圖提取的網(wǎng)表文件，進(jìn)行元件和節(jié)點的匹配檢查。如果匹取的網(wǎng)表文件，進(jìn)行元件和節(jié)點的匹配檢

5、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。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，因此只要保證電路圖是正確的，LVSLVS檢查就可以驗證版檢查就可以驗證版圖的正確性。圖的正確性。 所設(shè)計的版圖通過所設(shè)計的版圖通過DRCDRC和和LVSLVS的檢查后，就可用于生的檢查后，就可用于生成成PGPG帶，供圖形發(fā)生器制版用。帶，供圖形發(fā)生器制版用。18.2 18.2 雙極型集成電路的正向設(shè)計雙極型集成電路的正向設(shè)計1 1、首先要考慮的問題是，、首先要考慮的問題是，元器件間需要隔離元器件間需要隔離。一、雙極型集成電路設(shè)計的特點一、雙極型集成電路設(shè)計的特點

6、 目前已有多種隔離方式，要根據(jù)不同的要求，選擇目前已有多種隔離方式，要根據(jù)不同的要求，選擇適當(dāng)?shù)母綦x方式。此外，要注意減小寄生效應(yīng)適當(dāng)?shù)母綦x方式。此外，要注意減小寄生效應(yīng)( (寄生寄生PNPPNP管、寄生電容效應(yīng)等管、寄生電容效應(yīng)等) )。 2 2、在選擇電路型式時應(yīng)、在選擇電路型式時應(yīng)考慮擴(kuò)散電阻的特點考慮擴(kuò)散電阻的特點。集成。集成電路中的電阻是用擴(kuò)散法制造的，阻值不易做準(zhǔn)，但電路中的電阻是用擴(kuò)散法制造的，阻值不易做準(zhǔn)，但電阻間的比值可以做得較準(zhǔn)。這就可以選擇適當(dāng)?shù)碾婋娮栝g的比值可以做得較準(zhǔn)。這就可以選擇適當(dāng)?shù)碾娐沸褪?，使電路參?shù)對電阻的精度要求不高或只跟電路型式，使電路參數(shù)對電阻的精度要求

7、不高或只跟電阻比值有關(guān)。此外，擴(kuò)散電阻還有寄生效應(yīng)、溫度系阻比值有關(guān)。此外，擴(kuò)散電阻還有寄生效應(yīng)、溫度系數(shù)大等其他一些缺點，這些都應(yīng)在設(shè)計時加以考慮。數(shù)大等其他一些缺點，這些都應(yīng)在設(shè)計時加以考慮。 注意了這些問題，就可以較順利地設(shè)計版圖和制造注意了這些問題，就可以較順利地設(shè)計版圖和制造出合格的電路。出合格的電路。 在設(shè)計集成電路中元件的圖形和尺寸時，要綜合考在設(shè)計集成電路中元件的圖形和尺寸時，要綜合考慮工藝水平的限制慮工藝水平的限制( (如最小尺寸如最小尺寸) )和電路性能指標(biāo)的要和電路性能指標(biāo)的要求求( (如最大電流、特征頻率、集電極串聯(lián)電阻等如最大電流、特征頻率、集電極串聯(lián)電阻等) )。二

8、、雙極型集成電路中元件的圖形設(shè)計二、雙極型集成電路中元件的圖形設(shè)計1 1電阻器的設(shè)計電阻器的設(shè)計 2 2晶體管的設(shè)計晶體管的設(shè)計 IC IC的版圖設(shè)計已把電路和工藝融為一體，所以一般較的版圖設(shè)計已把電路和工藝融為一體，所以一般較復(fù)雜的電路都是先做一試驗電路復(fù)雜的電路都是先做一試驗電路( (或單元電路或單元電路) )，根據(jù)試，根據(jù)試驗電路的測試結(jié)果獲得有關(guān)電路功能和電路參數(shù)的第一驗電路的測試結(jié)果獲得有關(guān)電路功能和電路參數(shù)的第一手資料。手資料。三、三、 雙極型集成電路的版圖設(shè)計原則雙極型集成電路的版圖設(shè)計原則四、雙極型集成電路的版圖設(shè)計舉例四、雙極型集成電路的版圖設(shè)計舉例1 1、決定隔離區(qū)數(shù)目、決

9、定隔離區(qū)數(shù)目 此電路共有此電路共有5 5個隔離區(qū)個隔離區(qū)( (壓焊塊除壓焊塊除外外) )，如圖中虛線所示，如包括，如圖中虛線所示，如包括1010個個引出端壓焊塊，則共要引出端壓焊塊，則共要1515個隔離區(qū)。個隔離區(qū)。2 2、確定端頭的排列及引出端數(shù)、確定端頭的排列及引出端數(shù) 對所有的電路來說，輸人、輸出、對所有的電路來說，輸人、輸出、電源、接地這些引出端是必須的。電源、接地這些引出端是必須的。這這4 4部分的引出端數(shù)目共有部分的引出端數(shù)目共有8 8個個( (輸入輸入端有端有5 5個個) )。另外，它還有。另外，它還有2 2個擴(kuò)展端，個擴(kuò)展端，它們分別從它們分別從Q2Q2的發(fā)射極和集電極引的發(fā)射

10、極和集電極引出，所以共有出，所以共有1010個引出端。個引出端。 在設(shè)計版圖時應(yīng)考慮到壓焊點的排列，不應(yīng)使引出在設(shè)計版圖時應(yīng)考慮到壓焊點的排列，不應(yīng)使引出線相互跨越，以免造成短路。使用時常連在一起的線相互跨越，以免造成短路。使用時常連在一起的2 2個個引出線要盡量排在一起。引出線要盡量排在一起。 確定晶體管所用的型式并估算它的尺寸。由電路分確定晶體管所用的型式并估算它的尺寸。由電路分析知，此電路中析知，此電路中Q2Q2、Q5Q5飽和飽和( (且且Q5Q5為輸出管為輸出管) )，要通過，要通過較大的電流，所以可采用馬蹄形結(jié)構(gòu)。較大的電流，所以可采用馬蹄形結(jié)構(gòu)。 Q4Q4的瞬態(tài)電流的瞬態(tài)電流很大，

11、所以發(fā)射極有效長度也要大些。很大，所以發(fā)射極有效長度也要大些。 Q3Q3管不通過大管不通過大電流，采用單基極條結(jié)構(gòu)就可以了。多發(fā)射極晶體管電流，采用單基極條結(jié)構(gòu)就可以了。多發(fā)射極晶體管Q1Q1及電阻的設(shè)計可參考前面介紹的知識來進(jìn)行。及電阻的設(shè)計可參考前面介紹的知識來進(jìn)行。3 3、確定元件尺寸、確定元件尺寸 隔離島的最小尺寸，可按元件的形狀，加上隔離槽隔離島的最小尺寸，可按元件的形狀，加上隔離槽與元件的間距與元件的間距( (一般可取外延層厚度的兩倍一般可取外延層厚度的兩倍) )來決定。來決定。在實際的版圖中，考慮到布局、布線等因素，隔離島的在實際的版圖中，考慮到布局、布線等因素，隔離島的實際尺寸

12、稍大于上述的最小尺寸。實際尺寸稍大于上述的最小尺寸。4 4、畫布局布線草圖、畫布局布線草圖 畫此草圖的目的是：畫此草圖的目的是：大致安排一下各元件的位置大致安排一下各元件的位置o o畫出內(nèi)連線的連接圖形，使?jié)M足設(shè)計原則中對畫出內(nèi)連線的連接圖形，使?jié)M足設(shè)計原則中對A1A1線線的要求的要求( (如連通、無交叉等如連通、無交叉等) )。對此電路來說，考慮到對此電路來說，考慮到電路引出端的排列，我電路引出端的排列，我們希望輸出管們希望輸出管Q5Q5安排在安排在右下角，隔離槽的接點右下角，隔離槽的接點地放在右角，電源接點地放在右角，電源接點安排在左下角。這樣，安排在左下角。這樣，多發(fā)射極晶體管多發(fā)射極晶體管Q1Q1以及以及Q2Q2分別安排在左上角及分別安排在左上角及右上角就較為適宜了。右上角就較為適宜了。 根據(jù)布局布線草圖，以一定的放大倍數(shù)把根據(jù)布局布線草圖，以一定的放大倍數(shù)把ICIC的平面布局布線圖的平面布局布線圖畫在坐標(biāo)紙上，稱之為總圖。在描繪總圖時，除畫下各元件尺寸、