数字集成电路课后习题1-4章作业解析

1、P1.1首先建立真值表，然后根据真值表绘制卡诺图。然后求出1作为乘积的和，0作为和的积。a . fcbacbacbacba=a b c f 0 000 000 1 00 1 00 1 1 1 00 1 1 00 1 110 1 1 1 1 1表1 c ab 00 01 11 10 00 1 1 1 1表2可计算为： () ()(fabacbcbacbc=b . fdcadacadca=da c 0001110001 110001表3可计算为：()() FDADADAD=p 1.3 A . FABBC=ABBCABBC=A B C B . FABC=ABCDABC ABC ABC ABC ABC

2、 ABC ABC ABC ABC ABC=p 2.1 A)零偏置阈值电压VT0的公式为0 2 B TFBF OX Q VV C=通过计算各部分获得的NMOS阈值电压为17 10(13620x 072006 1119 63 10N 0.026N 0.44V 1.4100.440.5590。 1.6 10 i Fp A GCFpG栅极OX B OX B OX OX NKt Qn C Qq QC cm C Qc=T0 06V V 0.99(0.88)(0.188)0.0600.018 V=计算PMOS器件的阈值电压：17 10(7 720 06 1119 6t 0 3 10 ln 0.026 ln

3、0.44V 1.4 100.440.550 0.0600.138v d fn I gcfng栅极b b ox ox nkt QQ QC cm c q c=b)vt0的幅度多晶硅栅极的掺杂发生了什么变化，上述计算过程中唯一的变化是g。新的阈值电压VT0为0.11(0.88)(0.188)0.061.24 t vv=c)。 qi:需要60.40.018 0.382 (1.610) (0.382)来调整阈值电压。对于(a)中的NMOS器件：612219 0.6 10 3.8210/1.610 10i Q Nions CM Q=(p型)对于(a)中的PMOS器件：612219(1.610)(0.40.

4、138)2.6210/1.610 I Q Nions CM Q=(p型) 对于(b)中的PMOS器件：6 122 19(1.6 10)(1.240.4)8 1.6 10 Icm q=(p型)d从以上计算可以看出，由NMOS的n型多晶硅栅和PMOS的p型多晶硅栅计算的阈值电压相对较小，可以通过在沟道区使用与衬底相同的离子掺杂将其调整到期望值(NMOS: p型注入； Pmos: n型注入)。如果我们在金属氧化物半导体晶体管的栅极中使用与衬底相同类型的离子注入，所获得的阈值电压非常大，这偏离了期望值并且难以调节。此外，源极和漏极的制造工艺采用自对准工艺，如果栅极的注入类型与源极和漏极一致，则离子注入

5、可以一步完成，从而简化了器件制造的工艺流程。P2.4指南：比较VGS和室性心动过速，确定设备是开还是关(这里的室性心动过速可能涉及身体效应)。此外，应比较VDS和VDSAT，以判断它们是在线性区域还是饱和区域。a .截至00 . 200 . 2v 0.4v gsgs TT GST vvvv=b .截至01 . 21 . 10 . 10 . 4 gsgs TT GST vvvv=不在饱和区的判断依据：()()()()()()()()()(1 . 20 . 460 . 2 0.48v 1 . 20 . 460 . 2 0.2v gstc DSC对于长沟道器件，如果满足这种关系，它们将在饱和区工作。

6、速度饱和的短通道器件的VDSAT小于长通道器件。如果电压偏置可以使长通道器件饱和，那么它肯定可以使短通道器件速度饱和。P2.5首先计算对应于g v的最大值，如果该值小于漏极电压VD，则最大值为VV=，否则最大值为VV=。X V的最大值是GT VV，由于体效应的存在，这里是0TT VV。()()，max0 0，max0，max，max，max，Max 22 22 22 1 . 20 . 40 . 20 . 880 . 2 0.88 0.9880 . 20.88 xgtgtgtsbff gtx ff gtx ff x vvvvvvvv v v=vvvx734.0 Max，a .因为maxDX VV

7、，因此，max B .因为maxDX VV，Max 0.6 xvv=。P2.8 (a)晶体管关断：IDS=Isub (b)晶体管关断：IDS=Isub (c)晶体管在线性区域工作：()2(1)e oxds dsgstds c cvw ivvv v l e l=6 270(1.610)0.24(1.20.4)0.2181 0.2 2(1)0.6 DS IA=(d)晶体管工作在饱和区域：2()()GST dssatox gstc vviwc vvvve l=2铜的电阻率较低，不易受到电迁移的影响。然而，铜也有它自己的问题。它容易氧化，所以铜线需要涂上涂层以防止氧化。开发低k电介质的主要目的是减少信

8、号延迟和互连之间的电容耦合。目标值为2。高介电常数电介质的发展被用作金属氧化物半导体器件的栅氧化层。它允许栅氧化层更厚，同时保持栅电容不变，因此它可以有效地减少栅极和衬底之间的漏电流，并提高器件的可靠性。P4.1使用以下电阻计算公式计算长度l: l r twrtw l=铝：()()()1000.8 m1 2963 m2.96 mm 0.027 RTW l=铜：()()()()1000.8mm4706m4. A .当输入为高电平时，除CMOS逆变器外的所有逆变器都需要消耗静态功率。对于前三个逆变器，当输入为高电平时，总是有静态电流从VDD流向GND。当输入为低电平时，所有逆变器不会消耗静态功率，

9、因为VDD和GND已经断开。除饱和增强型逆变器外，其他逆变器的VOH电压为1.2 V.除了互补金属氧化物半导体逆变器，其他逆变器的工作条件取决于晶体管(负载和逆变器)的尺寸比。P4.2 .参见图P4.2.a .电阻负载ohddvv=()()()()()()()()()(63)11 1.2 0.034 1 1270 1.6 1010 101.20.4 0.1 ddol lddt noxlddt vv w krvv crvv l v=b .饱和增强()()(0 022 22 1 . 20 . 40 . 20 . 880 . 20 . 88 0 . 9880 . 20 . 88 oh ddtddsb

10、f DDD (22)(2)(1)nollsatdddotli DDTIOL iddoltcnl OL CNI VWVVVVVVW VVV LVVVELV EL=(2)262(270)(0.2)(8 10/)(1 . 20 . 4)1.2 1 . 20 . 4 0.12(1 . 20 . 4)0.6 1 0.6洛尔cm vmcm SV vs v vv=0.0286 ol vv C .线性增强()()0 022 22 1.61 在计算vol时，忽略了体积效应，()(22)(2)(1)NOxollSatoxGholtli DDTIOL IGGOLTLCNL OL CNI CVWCVVVVVVVW V

11、VV LVVVEL EL=()(2462(0.1 10)(8 10)(1 . 60 . 4)1270 1 . 20 . 4 0 . 12(1 . 60 . 4)0 . 6 1 0 . 6 OLOL OLOL VV V VV=0.03 OLL VV D . CMOS OHDD VV=0V OL V V V()()()()()(4，16 : 424 1 166 0 . 80 . 4 1 0 . 6 1 NP n CNN NCP p PCN CPP s www elw e w e e e El VV=vil和VIH可估计为2(/)(21 . 20 . 4(1)(0 . 4)21 . 2 0 . 55

12、 1(/)1(1)2 Outdtpnptnout IL NP vvvkkv vvkk kk=2(/)(22) 因此可以计算为0.5500.55 1 . 20 . 650 . 55 l h nmv nmvv=当PMOS器件的尺寸减小一半时，VTC向左移动，因此VS也向左移动。根据重新计算，转换电压VS=0.566V伏。VIL和VIH可以粗略地计算为0.533伏和0.667伏，因此， 0.53300.533 1 . 20 . 6670.533 l h nmv nmvv=p 4.9 .电阻负载逆变器：2 2(1 ddinox ohtolol ln ol c vvvwc vv RLV e l=6 2 1 . 20 . 1(270)(1.6 10)2(1 . 20 . 4)0.1 0.1 0 1100.1 1 0.6 0.2n w k WM=饱和增强型逆变器(忽略体效应) Mw w n I 174 . 06 . 04 . 01 . 02 . 1 4 . 01 . 02 .