晶体管规则阵列设计技术

晶体管规则阵列设计技术

VLSIC是高度复杂的集成系统，为保证设计的正确性并且降低设计难度，提高设计效率，避免由于在版图设计过程中采用复杂结构而引入不可靠因素，因此，在VLSI的设计技术中大量地采用规则结构，晶体管规则阵列设计技术就是其中之一。在这个结构中的基本单元就是MOS晶体管或CMOS晶体管对。4.1晶体管阵列及其逻辑设计应用ROM是最常用的晶体管规则阵列，它以晶体管的有无来确定存储的信号是“0”或“1”。4.1.1全NMOS结构ROM

动态NMOS或非结构ROM4.1.2ROM版图1.NMOS或非结构ROM版图

2.NMOS与非结构ROM版图

对于并联形式的器件采用不制作或开路的方法去除；对于串联形式的器件采用不制作或短路的方法去除；对于NMOS管，可以不做栅或漏；对于NMOS管，采用离子注入的方法可去除：1）并联结构，采用提高开启电压实现开路，注入与衬底相同的杂质；2）串联结构，采用降低开启电压到负向（耗尽）实现短路，注入与衬底相反的杂质。对器件编程的技术小结：例题：按照真值表，用NMOS或非ROM结构电路实现逻辑。

地址译译码器器（输输入变变量组组合的的枚举举）：：4.2MOS晶体管管开关关逻辑辑MOS开关晶晶体管管逻辑辑是建建立在在“传传输晶晶体管管”或或“传传输门门”基基础上上的逻逻辑结结构，，所以以又称称为传传输晶晶体管管逻辑辑。信信号的的传输输是通通过导导通的的MOS器件，，从源源传到到漏或或从漏漏传到到源。。这时时的信信号接接受端端的逻逻辑值值将同同时取取决于于信号号的发发送端端和MOS器件栅栅极的的逻辑辑值。。4.2.1开开关关逻辑辑1.多路转转换开开关MUXCMOS结结构的的MUX带有提提升电电路的的MUX2.MUX逻辑应应用在MUX作为选选择开开关的的应用用时，，将B和A当作控控制信信号，，而将将C0~C3当作数数据信信号，，如果果反过过来，，仍是是这个个电路路结构构，将将C0~C3当作逻逻辑功功能控控制信信号，，B和A作为逻逻辑数数据信信号，，我们们可以以得到到一个个非常常有趣趣地逻逻辑结结构。。例2：设计计一个个实现现四种种逻辑辑操作作的电电路，，其中中控制制信号号为K1K0，逻辑辑输入入为A、B，当K1K0=00时，实实现A、B的与非非操作作；当当K1K0=01时，实实现A、B的或非非操作作；当当K1K0=10时，实实现A、B的异或或操作作；当当K1K0=11时，实实现A信号的的倒相相操作作；分析：：首先先，我我们可可以确确定采采用四四到一一MUX能够实实现所所需的的四种种逻辑辑操作作，接接下来来的任任务是是产生生所需需的四四种控控制编编码C3~C0，同时时，这这四种种控制制编码码又对对应了了外部部的二二位控控制信信号K1K0，因此，该该逻辑应由由两部分组组成：编码码产生与控控制逻辑和和四到一的的MUX。查表4-1可知，当当实现A、、B与非操操作时，C0~C3为1110；当实现A、、B或非操操作时，C0~C3为1000；当实现A、、B异或操操作时，C0~C3为0110；当实现A信信号倒相操操作时，C0~C3为1010；A、B与非非操作时，，C0~C3为1110；A、B或非操作作时，C0~C3为1000；A、B异或或操作时，，C0~C3为0110；A信号号倒相操作作时，C0~C3为1010。4.2.2棒状图4.3PLA及及其拓展结结构可编程逻辑辑阵列PLA也是典型的的晶体管规规则阵列结结构，它采采用两级ROM形式构造电电路，其两两级ROM阵列分别为为“与平面面”和“或或平面”，，这是源于于大多数逻逻辑表达式式采用“与与-或”结构。。它不用译码码电路而直直接将输入入变量的原原量和非量量送入晶体体管阵列。。实际的PLA结构中，““与平面””并不是由由“与门””阵列构成成，同样的的，“或平平面”也不不是“或门门”阵列，，其两个““平面”的的组合是以以“或非-或非”或者者“与非-与非”，或或者其他变变形结构的的阵列形式式出现。4.3.1“与与非-与非非”阵列结结构4.3.2“或非-或非”阵列列结构当用“或非非-或非”结构构PLA实现逻辑时时必须输入入取反、输输出取反。。例3：用或或非-或非非结构的PLA实现现下面的逻逻辑解：这个逻逻辑函数就就是例2描描述的逻辑辑，我们在在例2中采采用的是ROM+MUX的结结构，现在在采用PLA进行设设计。首先先需将函数数化为标准准的与-或或表达式：：4.3.3多级门阵列列(MGA)MGA是在PLA基础上变化化而成的多多级门结构构，虽然它它被称为门门阵列，实实际上它是是多级PLA的组合，一一个最明显显的标志是是它对输入入、输出位位置的限制制。因为在每块块PLA中，“与平平面”只能能外部输入入，内部输输出，“或或平面”只只能内部输输入，外部部输出。4.4门阵列门阵列是一一种规则化化的版图结结构。门阵阵列版图采采用行式结结构，在单单元行内规规则的排列列着以标准准门定义的的门单元。。严格地讲，，门阵列不不是一个实实现逻辑的的电路结构构，它是一一种版图形形式。4.4.1门阵列单元元4.4.2整体结构设设计准则·电源、、地线必须须用铝引线线，为了使使电源和地地线通达各各个单元，，它们应设设计成叉指指形。电源源、地线在在各单元行行的位置、、宽度必须须一致。对对于外部的的输入、输输出单元的的电源和地地线的设计计采用“回回”字型型结构，以以保证电源源和地线能能够通达到到每一个单单元。·采用垂垂直布线法法，即水平平方向用铝铝线作为各各单元间的的互连线。。垂直方向向用多晶硅硅条或扩散散条作为穿穿越单元行行的通信以以及铝引线线交叉的通通道。由于于铝线与多多晶硅条或或扩散条可可以互相跨跨越，因此此它们可以以共用同一一个布线通通道。·采用““行式结构构”，即单单元行和布布线通道间间隔排列，，这种间隔隔便于CAD软件实实现自动布布局布线。。·用掩模版编编程的I/OPAD单元或独立立的I/O单元位于芯芯片四周。。4.4.3门阵阵列在VLSI设计计中的应用用形式门阵列是一一种规则阵阵列形式的的版图，与与前面介绍绍的晶体管管规则阵列列所不同的的是，在前前述的晶体体管规则阵阵列中，版版图和电路路形式是相相关的，运运用什么样样的版图必必须有配套套的电路设设计方法。。门阵列版版图对电路路设计没有有严格的要要求，可以以完全按照照人们习惯惯的设计方方式构造电电路，不必必考虑逻辑辑的表达式式应是什么么形式。门阵列在VLSI设设计中的应应用有两类类三种主要要的应用形形式：电路路的完全实实现形式，，包括固定定门阵列和和优化门阵阵列；电路路的局部实实现形式，，即在系统统中的某一一部分电路路采用门阵阵列结构加加以实现。。显然，在第第一类中，，VLSIC完全采采用门阵列列技术实现现设计，而而第二类仅仅仅在VLSIC中中的一部分分电路采用用了门阵列列。1.固定门阵列列固定门阵列列采用预加加工技术，，就是说，，在工厂里里预先就加加工了一些些规格化的的门阵列母母片，这些些母片已完完成了主要要的工艺流流程，母片片上已沉积积了金属层层。所谓固固定就是固固定大小、、固定结构构、固定I/O数量量的门阵列列。固定大小就就是对某一一个预先制制作的母片片，它的门门数是固定定的，如500门、、1000门、5000门，，等等。固定结构就是是对预先制作作的母片，它它的结构，如如阵列有几列列、每列有几几行、每行的的门数，行间间有多少水平平布线道、列列间有多少竖竖直布线道、、阵列外围有有多少布线道道，等等，都都是固定的。。固定的I/O数量是指对对预先制作的的母片，它的的外围I/O的数量、排排列方式是固固定的，电源源、地线的位位置也是固定定的。2.优化化门阵列优化门阵列是是一种不规则则的门阵列结结构，所谓不不规则是指它它的单元行的的宽度可以不不完全相同，，即每行的单单元数可以有有多有少，布布线通道的容容量可以不完完全相同。3.局部门阵列所谓局部门阵阵列就是将集集成电路中的的一部分用门门阵列结构设设计，显然，，它属于优化化门阵列范畴畴。4.5晶体管规则阵阵列设计技术术应用1.EPLD中的宏单元EPLD（ErasableProgramableLogicDevices）是目前应用用最为广泛的的现场编程器器件之一。它它采用电编写写和电擦除的的特殊MOS器件（E2PROM器件）作为晶晶体管规则阵阵列中的单元元，实现现场场编程。2.E2PROM晶体管3.编程的概念用晶体管规则则阵列设计VLSI的过程，通常常就是“编程程”的过程。。对ROM结构，我们通通过一块掺杂杂掩膜版编程程，如源漏掺掺杂掩膜版、、离子注入掩掩膜版等。对对开关晶体管管逻辑、PLA及其拓展结构构也采用同样样的方法编程程。对门阵列列，我们采用用金属掩膜版版进行编程，，等等。9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。14:07:4514:07:4514:0712/29/20222:07:45PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2214:07:4514:07Dec-2229-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。14:07:4514:07:4514:07Thursday,December29,202213、乍乍见见翻翻疑疑梦梦，，相相悲悲各各问问年年。。。。12月月-2212月月-2214:07:4514:07:45December29,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。29十十二二月20222:07:45下下午14:07:4512月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月222:07下下午12月-2214:07December29,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2914:07:4514:07:4529December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。2:07:45下午2:07下下午14:07:4512月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。14:07:4614:07:4614:0712/29/20222:07:46PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2214:07:4614:07Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。14:07:4614:07:4614:07Thursday,December29,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2214:07:4614:07:46December29,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。29十二月月20222:07:46下午14:07:4612月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月222:07下下午午12月月-2214:07December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/2914:07:4614:07:4629December202217、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。2:07:46下下午2:07下下午14:07:4612月-229、杨柳散和风风，青山澹吾吾虑。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅读读一切切好书书如同同和过过去最最杰出出的人人谈话话。14:07:4614:07:4614:0712/29/20222:07:46PM11、越是是没有有本领领的就就越加加