第18章集成电路正向设计

1、第第18 18章章 集成电路的正向设计集成电路的正向设计18.2 18.2 双极型集成电路的正向设计双极型集成电路的正向设计18.1 MOS18.1 MOS集成电路的正向设计集成电路的正向设计18.1 MOS18.1 MOS集成电路的正向设计集成电路的正向设计一、一、74HC13974HC139电路简介电路简介两个两个2 24 4译码器译码器二、电路设计二、电路设计1 1、输出级、输出级电路设计电路设计2 2、输入级、输入级电路设计电路设计3 3、内部基、内部基本反相器本反相器4 4、内部逻、内部逻辑门设计辑门设计5 5、缓冲级的设计、缓冲级的设计（1 1）输入）输入缓冲级缓冲级（2 2）输出

2、缓冲级）输出缓冲级6 6、输入保护电路设计、输入保护电路设计 根据以上的分析，得到图根据以上的分析，得到图18.1018.10所示的所示的74HCl39(1/4)74HCl39(1/4)电路图。电路图。对以上的结对以上的结果必须进行果必须进行工程估算，工程估算，并用并用PSPICEPSPICE程序对其进程序对其进行模拟，以行模拟，以验证所设计验证所设计的电路是否的电路是否满足技术指满足技术指标的要求。标的要求。三、工程估算三、工程估算 图中图中C CL1L10.468pF0.468pF，它是后级部分三个不工作的三输入与非门，它是后级部分三个不工作的三输入与非门的等效电容负载。由于在模拟时参量有

3、变动，所以在图中没有的等效电容负载。由于在模拟时参量有变动，所以在图中没有标出管子参数，只标出管子号和节点号。标出管子参数，只标出管子号和节点号。四、电路模拟四、电路模拟 电路模拟中为了减小工作量，使用工电路模拟中为了减小工作量，使用工程估算部分的简化电路，为了计算功耗，程估算部分的简化电路，为了计算功耗，必须求出电流。因此，在两个电源支路必须求出电流。因此，在两个电源支路分别加入了一个零值电压源分别加入了一个零值电压源V VI1I1和和V VI2 I2 ，从而可以直接求出流过它们的电流。从而可以直接求出流过它们的电流。五、版图设计五、版图设计六、版图检查六、版图检查1 1版图设计规则检查版图

4、设计规则检查(DRC)(DRC) 做做DRCDRC检查时应该分成小块检查时应该分成小块( (单元单元) )检查。每一部分做检查。每一部分做成一个单元，每个单元进行成一个单元，每个单元进行DRCDRC检查。在全部通过后，检查。在全部通过后，将单元组合成电路，最终做一次全版图的将单元组合成电路，最终做一次全版图的DRCDRC，以确保，以确保全图正确。全图正确。 2 2电路网表匹配电路网表匹配(LVS)(LVS)检查检查 LVS LVS检查就是把由版图提取的网表文件和由电路图提检查就是把由版图提取的网表文件和由电路图提取的网表文件，进行元件和节点的匹配检查。如果匹取的网表文件，进行元件和节点的匹配检

5、查。如果匹配，表明版图的连接及版图中各管子的生成是正确的。配，表明版图的连接及版图中各管子的生成是正确的。因此只要保证电路图是正确的，因此只要保证电路图是正确的，LVSLVS检查就可以验证版检查就可以验证版图的正确性。图的正确性。 所设计的版图通过所设计的版图通过DRCDRC和和LVSLVS的检查后，就可用于生的检查后，就可用于生成成PGPG带，供图形发生器制版用。带，供图形发生器制版用。18.2 18.2 双极型集成电路的正向设计双极型集成电路的正向设计1 1、首先要考虑的问题是，、首先要考虑的问题是，元器件间需要隔离元器件间需要隔离。一、双极型集成电路设计的特点一、双极型集成电路设计的特点

6、 目前已有多种隔离方式，要根据不同的要求，选择目前已有多种隔离方式，要根据不同的要求，选择适当的隔离方式。此外，要注意减小寄生效应适当的隔离方式。此外，要注意减小寄生效应( (寄生寄生PNPPNP管、寄生电容效应等管、寄生电容效应等) )。 2 2、在选择电路型式时应、在选择电路型式时应考虑扩散电阻的特点考虑扩散电阻的特点。集成。集成电路中的电阻是用扩散法制造的，阻值不易做准，但电路中的电阻是用扩散法制造的，阻值不易做准，但电阻间的比值可以做得较准。这就可以选择适当的电电阻间的比值可以做得较准。这就可以选择适当的电路型式，使电路参数对电阻的精度要求不高或只跟电路型式，使电路参数对电阻的精度要求

7、不高或只跟电阻比值有关。此外，扩散电阻还有寄生效应、温度系阻比值有关。此外，扩散电阻还有寄生效应、温度系数大等其他一些缺点，这些都应在设计时加以考虑。数大等其他一些缺点，这些都应在设计时加以考虑。 注意了这些问题，就可以较顺利地设计版图和制造注意了这些问题，就可以较顺利地设计版图和制造出合格的电路。出合格的电路。 在设计集成电路中元件的图形和尺寸时，要综合考在设计集成电路中元件的图形和尺寸时，要综合考虑工艺水平的限制虑工艺水平的限制( (如最小尺寸如最小尺寸) )和电路性能指标的要和电路性能指标的要求求( (如最大电流、特征频率、集电极串联电阻等如最大电流、特征频率、集电极串联电阻等) )。二

8、、双极型集成电路中元件的图形设计二、双极型集成电路中元件的图形设计1 1电阻器的设计电阻器的设计 2 2晶体管的设计晶体管的设计 IC IC的版图设计已把电路和工艺融为一体，所以一般较的版图设计已把电路和工艺融为一体，所以一般较复杂的电路都是先做一试验电路复杂的电路都是先做一试验电路( (或单元电路或单元电路) )，根据试，根据试验电路的测试结果获得有关电路功能和电路参数的第一验电路的测试结果获得有关电路功能和电路参数的第一手资料。手资料。三、三、 双极型集成电路的版图设计原则双极型集成电路的版图设计原则四、双极型集成电路的版图设计举例四、双极型集成电路的版图设计举例1 1、决定隔离区数目、决

9、定隔离区数目 此电路共有此电路共有5 5个隔离区个隔离区( (压焊块除压焊块除外外) )，如图中虚线所示，如包括，如图中虚线所示，如包括1010个个引出端压焊块，则共要引出端压焊块，则共要1515个隔离区。个隔离区。2 2、确定端头的排列及引出端数、确定端头的排列及引出端数 对所有的电路来说，输人、输出、对所有的电路来说，输人、输出、电源、接地这些引出端是必须的。电源、接地这些引出端是必须的。这这4 4部分的引出端数目共有部分的引出端数目共有8 8个个( (输入输入端有端有5 5个个) )。另外，它还有。另外，它还有2 2个扩展端，个扩展端，它们分别从它们分别从Q2Q2的发射极和集电极引的发射

10、极和集电极引出，所以共有出，所以共有1010个引出端。个引出端。 在设计版图时应考虑到压焊点的排列，不应使引出在设计版图时应考虑到压焊点的排列，不应使引出线相互跨越，以免造成短路。使用时常连在一起的线相互跨越，以免造成短路。使用时常连在一起的2 2个个引出线要尽量排在一起。引出线要尽量排在一起。 确定晶体管所用的型式并估算它的尺寸。由电路分确定晶体管所用的型式并估算它的尺寸。由电路分析知，此电路中析知，此电路中Q2Q2、Q5Q5饱和饱和( (且且Q5Q5为输出管为输出管) )，要通过，要通过较大的电流，所以可采用马蹄形结构。较大的电流，所以可采用马蹄形结构。 Q4Q4的瞬态电流的瞬态电流很大，

11、所以发射极有效长度也要大些。很大，所以发射极有效长度也要大些。 Q3Q3管不通过大管不通过大电流，采用单基极条结构就可以了。多发射极晶体管电流，采用单基极条结构就可以了。多发射极晶体管Q1Q1及电阻的设计可参考前面介绍的知识来进行。及电阻的设计可参考前面介绍的知识来进行。3 3、确定元件尺寸、确定元件尺寸 隔离岛的最小尺寸，可按元件的形状，加上隔离槽隔离岛的最小尺寸，可按元件的形状，加上隔离槽与元件的间距与元件的间距( (一般可取外延层厚度的两倍一般可取外延层厚度的两倍) )来决定。来决定。在实际的版图中，考虑到布局、布线等因素，隔离岛的在实际的版图中，考虑到布局、布线等因素，隔离岛的实际尺寸

12、稍大于上述的最小尺寸。实际尺寸稍大于上述的最小尺寸。4 4、画布局布线草图、画布局布线草图 画此草图的目的是：画此草图的目的是：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画出内连线的连接图形，使满足设计原则中对画出内连线的连接图形，使满足设计原则中对A1A1线线的要求的要求( (如连通、无交叉等如连通、无交叉等) )。对此电路来说，考虑到对此电路来说，考虑到电路引出端的排列，我电路引出端的排列，我们希望输出管们希望输出管Q5Q5安排在安排在右下角，隔离槽的接点右下角，隔离槽的接点地放在右角，电源接点地放在右角，电源接点安排在左下角。这样，安排在左下角。这样，多发射极晶体管多发射极晶体管Q1Q1以及以及Q2Q2分别安排在左上角及分别安排在左上角及右上角就较为适宜了。右上角就较为适宜了。 根据布局布线草图，以一定的放大倍数把根据布局布线草图，以一定的放大倍数把ICIC的平面布局布线图的平面布局布线图画在坐标纸上，称之为总图。在描绘总图时，除画下各元件尺寸、