超大规模集成电路课程设计报告剖析

164.2瞬态分析 17 本课程设计是《集成电路分析与设计基础》的实践课程，其主要目的是使学训练综合运用已掌握的知识，利用相关软件，初步熟悉和掌握集成电路芯片⑷输出级充放电时间tr=tf，tpd＜25ns；mW7.后仿真(选做)；TLV=0.8Vpt=3951010mV=1Voxtp))ds2tLGTSGTNoxngtnSgtnd=Sds2tLGTSG可以求出p的值。其主要计算如下：Poxpgtpsgtpd=N管和P管的充放电时间tr和tf表达式分别为设由tr=tf，故有 (W)(W) (W)(W)n=p (W)p(W)n，代入(L)n，得到 (W)p(W)n，代入(L)n，得到 (L)P和tf方程来求。关键点是先求出式中的CL(即负载)。它的负载由以下内部反相器(如右图所示)的负载由CL以下三部分电容组Wbbj.Njsw.NjPjsw.PPNPNNPNPNPpLLPNgNPLNNP(关系式⑴)又有tr=tf、以及tf式子联立，可以解得WWNPNPPN (L)(L)PNpLHpHL (L)(L)N，与非门N，内部反相器 (L)(L)P，与非门P，内部反相器路，通过正反馈的P2作为上提拉管，使ViH较快上升，减小功耗，加快翻转速度。(1)提拉管P2的(W/L)P2计算为了节省面积，同时又能使ViH较快上升，取(W/L)P2＝1。理论上，这里(2)CMOS反相器P1管(W/L)P1的计算此P1管应取内部基本反相器的尺寸(具体计算过程见内部基本反相器中各MOS尺寸的计算)。因此这里取(|W|=7(|W|=3LLPN(3)CMOS反相器N1管(W/L)N1的计算V+VV*=iL,maxiH,min=1.4VI2Ibbbbbbpp→V+V+Vb/b又知：V*np1.4＝npnpoxNoxPppppN1PP (L)(L)605N1PP冲级，使其驱动能力增加。同时为了用C驱动，必须加入缓冲门。由于A1、S10。具体可取N。N为扇出系数，它的定义是：下级栅的面积N＝前级等效反相器栅的面积在本例中，前级等效反相器栅的面积为M的P管和N管的栅面积总和，下级LPM2 (L)(L)N3N，内部反相器 (L)(L)P3P，内部反相器⑵缓冲输出级由于输出级部分要驱动TTL电路，其尺寸较大，因而必须在与非门输出与输出级之间加入一级缓冲门M1，如图3-8所示。将与非门M0等效为一个反相器，类N＝LPM2=则11.75LP逻辑 (L) (L)N，逻辑N，逻辑 (L) (L).2.6输入保护电路设计因为MOS器件的栅极有极高的绝缘电阻，当栅极处于浮置状态时，由于某种原因(如触摸)，感应的电荷无法很快地泄放掉。而MOS器件的栅氧化层极薄，这些感应的电荷使得MOS器件的栅与衬底之间产生非常高的电场。该电场强度如果超过栅氧化层的击穿极限，则将发生栅击穿，使MOS器件失效，因此要设置保护阻、LNNLNNLNNLNN(W||=(WLPPLPPLPPLPPLW=6入 (L)NN (L)NN (L)PP (L)PP在Cs端经三级反相器后，将不工作的三个三输入与非门等效为负载电容C，L1而将工作的一个三输入与非门的两个输入接高电平，只将Cs端信号加在反相器上。在X点之前的电路，由于A，A，Cs均为输入级，虽然A、A比Cs少一个反相0101器，作为工程估算，可以认为三个输入级是相同的，于是，估算功耗时对X点这路功耗，则只计算一个支路。算ff)C为本级漏极PN结电容，按3.2.2①相关公式计算：PNPN,X前NPPN,X后NPgg：C为本级漏连接到下一级栅连线杂散电容，其值较小，可忽略不计。sCL1CL1为断开的三个三输入的非门栅电容，按3.2.2②的C计算(这里取其中一个门做近似)：ggC为最后一级(即输出级)的下一级栅电容，即负载电容15pF。LL总W总T算出每一级等效反相器延迟时间，总的延迟时间为各级(共6级)延迟时间的t=(tpd2pLH(r(r+22+t)pHLt2pdpdii=1由上面的计算可以看出，C，即最后一级(即输出级)的下一级栅电容比起其它电容L都大得多，在这里为了简化运算，用最后一级功耗乘以级数进行估算。tCtCK()=1510一121.3074104=4.1nsfLnWn48rLpWp140222222电路模拟中为了减小工作量，使用上述功耗与延迟估算部分用过的Cs支路电路图。为了计算出功耗，在两个电源支路分别加入一个零值电压源V和V，电压值I1I2为零(如下图3-12所示)，在模拟时进行直流扫描分析，然后就可得出功耗。ELNNLNNLPPLPP直流分析：当VCS由0.4V变化到2.4V过程中，观察波形得到阈值电压(状态转变电平)V*。V*的值应为1.4V。直流分析的电路图如图4-1所示，其对应的SPICEII文件如图4-2所示，直流分析的输入输出电压曲线如图4-3所示。直流分析电路图系从波形中得到t、t、t和t，然后进行相关计算。瞬态分析的电路图见图4-4pLHpHLrf所示，其对应的瞬态分析的SPICE文件设置见图4-5所示。对应的瞬态分析的结果t=1.93nst=2.45nst=2.60nst=3.29nsrf