集成電路設(shè)計(jì)（第4版） 試題及答案 作業(yè)10

CH101.數(shù)字集成電路的主要性能指標(biāo)有哪些？①工作速度（延遲時(shí)間的長(zhǎng)短）；②集成度（占用面積的大小）；③功耗（消耗的電源功率）；④噪聲容限等。2.畫出CMOS標(biāo)準(zhǔn)反相器的電路圖和版圖。各種形式的反相器版圖：（a）垂直走向MOS管結(jié)構(gòu)，（b）水平走向MOS管結(jié)構(gòu)，（c）金屬線從管子中間穿過(guò)的水平走向MOS管結(jié)構(gòu)，（d）金屬線從管子上下穿過(guò)的水平走向MOS管結(jié)構(gòu)（e）有多晶硅線穿過(guò)的垂直走向MOS管結(jié)構(gòu)3.給出瞬態(tài)特性中，數(shù)字電路脈沖電壓上升、下降和延遲時(shí)間的定義，并畫圖表示。脈沖電壓上升、下降和延遲時(shí)間的定義如圖所示。tr對(duì)應(yīng)于Vo＝10%Vomax→Vo＝90%Vomax。tf對(duì)應(yīng)于Vo＝90%Vomax→Vo＝10%Vomax。td對(duì)應(yīng)于Vi＝50%Vimax→Vo＝50%Vomax。脈沖電壓上升、下降和延遲時(shí)間的定義4.畫出二輸入CMOS與非門的電路圖和版圖。與非門與非門的版圖：（a）按電路圖轉(zhuǎn)換，（b）MOS管水平走向設(shè)計(jì)5.畫出二輸入CMOS或非門的電路圖和版圖?；蚍情T或非門版圖：（a）輸入向右引線，（b）輸入向上引線6．負(fù)載為大尺寸器件時(shí)，如何考慮前級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)能力？負(fù)載器件的尺寸越大，意味著本身的輸入電容越大，對(duì)負(fù)載器件驅(qū)動(dòng)所需要的驅(qū)動(dòng)電流就越大，否則，電路的響應(yīng)速度將因?yàn)榍凹?jí)驅(qū)動(dòng)對(duì)電容充放電的速度不夠（因前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流不夠）而使速度性能劣化，這就要求前級(jí)具有一定的電流驅(qū)動(dòng)能力。但是，接口單元的輸入驅(qū)動(dòng)由內(nèi)部電路提供，如果希望該接口單元提供大電流以驅(qū)動(dòng)外部的大負(fù)載，則內(nèi)部電路的驅(qū)動(dòng)也必須提高，這往往難以實(shí)現(xiàn)。為在不增加內(nèi)部電路的負(fù)載的條件下獲得大的輸出驅(qū)動(dòng)，器件的尺寸逐級(jí)增大，驅(qū)動(dòng)能力也被逐級(jí)加大，而內(nèi)部電路只要比較小的驅(qū)動(dòng)即可，也就是說(shuō)，I/O單元本身并不是一個(gè)反相器，而是一串反相器。反相器鏈驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)7.簡(jiǎn)述集成電路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元法的基本設(shè)計(jì)思想用人工設(shè)計(jì)好各種成熟的、優(yōu)化的、版圖等高的單元電路，把它們存儲(chǔ)在一個(gè)單元數(shù)據(jù)庫(kù)中。根據(jù)用戶的要求，把電路分成各種單元的連接組合。通過(guò)調(diào)用單元庫(kù)的這些單元，并以適當(dāng)?shù)姆绞綄⑺鼈兣懦蓭仔?，使芯片成長(zhǎng)方形，行間留出足夠的空隙作為單元行間的連線通道。利用EDA工具，根據(jù)已有的布局、布線算法，可以自動(dòng)布出用戶所要求的IC。8.給出數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的設(shè)計(jì)流程圖。標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)流程圖9.標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)有哪些特點(diǎn)？標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)版圖單元具有以下特性：①各版圖單元可以有不同的寬度，但必須具有相同的高度；②單元的電源線和地線通常安排在單元的上下端，從單元的左右兩側(cè)同時(shí)出線，電源、地線在兩側(cè)的位置要相同，線的寬度要一致，以便單元間電源、地線的對(duì)接；③單元的輸入/輸出端常安排在與電源和地線垂直的位置。10.標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)一般包括哪些類型？標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)中的各單元一般包括以下幾類：①門：包括多輸入端的標(biāo)準(zhǔn)門，如與門、與非門、或門和或非門。②驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)單元有正向驅(qū)動(dòng)和反向驅(qū)動(dòng)兩種形式。③多路轉(zhuǎn)換器：利用電路級(jí)聯(lián)可以將單元庫(kù)提供的基本多路轉(zhuǎn)換器擴(kuò)展成多位多路轉(zhuǎn)換器。④觸發(fā)器：標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)中的觸發(fā)器常設(shè)計(jì)成主從結(jié)構(gòu)，如D觸發(fā)器、RS觸發(fā)器等，這些觸發(fā)器還具有清零/置位端。⑤鎖存器和移位寄存器。11．列出CMOS存儲(chǔ)器的分類。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器按數(shù)據(jù)存取方式的不同可分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）.基于單個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的工作原理，RAM主要分為兩大類：動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)和靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)。而在ROM中根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(寫入數(shù)據(jù))方式的不同，可分為掩膜ROM和可編ROM(PROM)?？删幊蘎OM又可進(jìn)一步分為熔絲型ROM、可擦除PROM(EPROM)、電可擦除PROM(EEPROM)和閃存（Flash），下圖概括了存儲(chǔ)器的分類。12.列出CMOS存儲(chǔ)器各自的特點(diǎn)。（1）RAM隨機(jī)存儲(chǔ)器又稱為讀寫存儲(chǔ)器，可以“隨時(shí)”進(jìn)行讀、寫操作。RAM必須保持供電，否則其保存的信息將消失。DRAM:DRAM單元數(shù)據(jù)必須周期性地進(jìn)行讀出和重寫(刷新)，即使存儲(chǔ)陣列中沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)也要如此。由于DRAM成本低、密度高，因此在PC、大型計(jì)算機(jī)和工作站中廣泛用做主存儲(chǔ)器。SRAM：SRAM只要不掉電，即使不刷新，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。由于SARM存取速度高、功耗低，因此主要作為微處理器、大型機(jī)、工作站以及許多便攜設(shè)備的高速緩沖存儲(chǔ)器。（2）ROM只讀存儲(chǔ)器在正常運(yùn)行中只能夠?qū)σ汛鎯?chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行讀取，而不允許對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。ROM存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)不易丟失，即使在掉電和不刷新的情況下，所存數(shù)據(jù)也會(huì)保存完好。掩膜ROM的數(shù)據(jù)在芯片生產(chǎn)時(shí)用光電掩膜寫入，其電路簡(jiǎn)單，集成度高，大批量生產(chǎn)時(shí)價(jià)格便宜。在可編程ROM中，熔絲型ROM中的數(shù)據(jù)是通過(guò)外加電流把所選熔絲燒斷而寫入的，一旦寫入后數(shù)據(jù)就不能再