(完整版)《集成電路原理與設(shè)計(jì)》重點(diǎn)內(nèi)容總結(jié)

1、集成電路原理與設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容總結(jié)第一章緒論摩爾定律：（P4）集成度大約是每18個(gè)月翻一番或者集成度每三年4倍的增長規(guī)律就是世界上公認(rèn)的摩爾定律。集成度提高原因：一是特征尺寸不斷縮小，大約每三年縮小一2倍；二是芯片面積不斷增大，大約每三年增大1.5倍；三是器件和電路結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)。等比例縮小定律：（種類 優(yōu)缺點(diǎn)）（P7-8）1. 恒定電場(chǎng)等比例縮小規(guī)律（簡稱CE定律）a. 器件的所有尺寸都等比例縮小K倍，電源電壓也要縮小 K倍，襯底摻雜濃度增大 K倍,保證器件內(nèi)部的電場(chǎng)不變。b. 集成度提高 憶倍，速度提高K倍，功耗降低K2倍。c. 改變電源電壓標(biāo)準(zhǔn)，使用不方便。閾值電壓降低，增加了泄漏功耗。2.

2、 恒定電壓等比例縮小規(guī)律（簡稱CV定律）a. 保持電源電壓和閾值電壓不變，器件的所有幾何尺寸都縮小K倍，襯底摻雜濃度增加憶倍。b. 集成度提高 憶倍，速度提高K2倍。c. 功耗增大K倍。內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度增大，載流子漂移速度飽和，限制器件驅(qū)動(dòng)電流的增加。3. 準(zhǔn)恒定電場(chǎng)等比例縮小規(guī)則（QCE）器件尺寸將縮小 K倍，襯底摻雜濃度增加K（ 1< <K）倍，而電源電壓則只變?yōu)樵瓉淼?K倍。是CV和CE的折中。需要高性能取接近于K,需要低功耗取接近于1。寫出電路的網(wǎng)表：A BJT AMPVCC 1 0 6Q1 2 3 0 MQRC 1 2 680RB 2 3 20KRL 5 0 1KC1 4 3

3、 10UC2 2 5 10UVI 4 0 AC 1.MODEL MQ NPN IS=1E-14+BF=80 RB=50 VAF=100.OP.END其中.MODEL為模型語句，用來定義BJT晶體管Q1的類型和參數(shù)。常用器件的端口電極符號(hào)器件名稱端口付號(hào)縮與Q （雙極型晶體管）C （集電極），B （基極），E （發(fā)射極），S （襯底）M （ MO場(chǎng)效應(yīng)管）D （漏極），G （柵極），S （源極），B （襯底）J （結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管）D （漏極），G （柵極），S （源極）B （砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管）D （漏極），G （柵極），S （源極）電路分析類型.OP直流工作點(diǎn)分析.TRAN瞬態(tài)分析 DC直流掃描分析

4、 FOUR傅里葉分析TF傳輸函數(shù)計(jì)算.MC豕特卡羅分析SENS靈敏度分析STEP參數(shù)掃描分析.AC交流小信號(hào)分析WCASE最壞情況分析 NOISE噪聲分析TEMP溫度設(shè)置第二章集成電路制作工藝集成電路加工過程中的薄膜：（P15）熱氧化膜、電介質(zhì)層、外延層、多晶硅、金屬薄膜。光刻膠中正膠和負(fù)膠的區(qū)別 ：（P16）負(fù)膠：曝光的光刻膠發(fā)生聚合反應(yīng)，變得堅(jiān)固，不易去掉。正膠：在曝光時(shí)被光照的光刻膠發(fā)生分解反應(yīng)，在顯影時(shí)很容易被去掉，而沒有被曝光的光刻膠顯影后仍然保留。因此對(duì)同樣的掩膜版，用負(fù)膠和正膠在硅片上得到是圖形剛好相反。N阱和P阱CMOS吉構(gòu)制作過程：（P21-25）N阱：1、襯底硅片的選擇MO

5、S集成電路都選擇100晶向的硅片，因?yàn)檫@種硅界面態(tài)密度低，缺陷少，遷移 率高，有利于提高器件性能。2、制作n阱首先，對(duì)原始硅片進(jìn)行熱氧化，形成初始氧化層作為阱區(qū)注入的掩蔽層。然后，根據(jù)n阱的版圖進(jìn)行光刻和刻蝕，在氧化層上開出n阱區(qū)窗口。通過注磷在窗口下形成n阱，注入后要進(jìn)行高溫退火，又叫阱區(qū)推進(jìn)，一方面使雜質(zhì)激活， 另一方面使注入雜質(zhì)達(dá)到一定的深度分布。3、場(chǎng)區(qū)氧化首先，在硅片上用熱生長方法形成一薄層SiO2作為緩沖層，它的作用是減少硅和氮化硅之間的應(yīng)力。 然后淀積氮化硅， 它的作用是作為場(chǎng)區(qū)氧化的掩蔽膜，一方面因?yàn)檠趸蛩ㄟ^氮化硅層的擴(kuò)散速度極慢，這就有效地阻止了氧到達(dá)硅表面；另一方面氮化

6、硅本身的氧化速度極慢，只相當(dāng)于硅氧化速度的1/25。通過光刻和刻蝕去掉場(chǎng)區(qū)的氮化硅和緩沖的二氧化硅。接下來進(jìn)行熱氧化，由于有源區(qū)有氮化硅保護(hù)，不會(huì)被氧化，只在場(chǎng)區(qū)通過氧和硅起反應(yīng)生成二氧化硅。4、制作硅柵目前MOS晶體管大多采用高摻雜的多晶硅作為柵電極，簡稱硅柵。硅柵工藝實(shí)現(xiàn)了柵和源、漏區(qū)自對(duì)準(zhǔn)，減少了柵-源和柵-漏的覆蓋長度，從而減小了寄生電容。硅 柵工藝也叫自對(duì)準(zhǔn)工藝。5、形成源、漏區(qū)6、形成金屬互連線P阱：鳥嘴效應(yīng)：（P23）在場(chǎng)區(qū)氧化過程中，氧也會(huì)通過氮化硅邊緣向有源區(qū)侵蝕，在有源區(qū)邊緣形成氧化層， 伸進(jìn)有源區(qū)的這部分氧化層被形象地稱為鳥嘴，它使實(shí)際的有源區(qū)面積比版圖設(shè)計(jì)的面積縮小。閂

7、鎖效應(yīng)：（P27）閂鎖效應(yīng)是CMOS集成電路存在一種寄生電路的效應(yīng)，它會(huì)導(dǎo)致Vdd和Ms短路，使得晶片損毀。在 CMOS1片中，在電源和地線之間由于寄生的PNP和 NPN雙極型BJT相互影響而產(chǎn)生的低阻抗通路，它的存在會(huì)使電源和地之間產(chǎn)生大電流，從而破壞芯片或者引起系統(tǒng)錯(cuò)誤。J I如圖所示，如果外界噪聲或其他干擾使Vout高于V3D或低于0，則引起寄生雙極型晶體管Q3或Q4導(dǎo)通，而Q3或Q4導(dǎo)通又為Q和Q2提供了基極電流，并通過RW或金使Q或Q2的發(fā)射 結(jié)正偏，導(dǎo)致 Q或Q導(dǎo)通。由于Q和Q交叉耦合形成正反饋回路，一旦其中有一個(gè)晶體管 導(dǎo)通，電流將在 Q和Q之間循環(huán)放大。若 Q和Q的電流增益乘積

8、大于 1，將使電流不斷加 大，最終導(dǎo)致電源和地之間形成極大的電流，并使電源和地之間鎖定在一個(gè)很低的電壓（Von+V：ES），這就是閂鎖效應(yīng)。一旦發(fā)生閂鎖效應(yīng)可能造成電路永久性破壞，可以采取以下主要措施防止閂鎖效應(yīng)：（1）減小阱區(qū)和襯底的寄生電阻Rw和FS，這樣可以減小寄生雙極晶體管發(fā)射結(jié)的正向偏壓，防止Q和Q2導(dǎo)通。在版圖設(shè)計(jì)中合理安排n阱接VDD和p型襯底接地的引線孔，減小寄生雙極晶體管基極到阱或襯底引出端的距離。（2）降低寄生雙極晶體管的增益。（3）使襯底加反向偏壓。（4）加保護(hù)環(huán)，保護(hù)環(huán)起到削弱寄生NPN晶體管和寄生PNP晶體管之間的耦合作用。（5）用外延襯底。（6）采用SOICMO技術(shù)

9、是消除閂鎖效應(yīng)的最有效途徑。第四章 數(shù)字集成電路的基本單元電路CMOS反向器:構(gòu)成：CMOS 反相器的電路構(gòu)成，是由一個(gè)增強(qiáng)型n溝MOSt作為輸入管和由一個(gè)增強(qiáng)型p溝MOS管作為負(fù)載管，且兩柵極短接作為輸入端，兩漏極短接作為輸 出端，N管源極接地，P管源極接電源電壓 Vdd,這就構(gòu)成了兩管功能上的互補(bǔ)。工作原理：如圖所示的CMOS反相器電路結(jié)構(gòu)示意圖分析其工作過程如下：V= “ 0” 時(shí)：Vgs=0，Vgsp=-Vddp管導(dǎo)通，n管截止Vo= “ 1 ” =V)dV= “1” 時(shí)：Vgs=V，Vgs=0n管導(dǎo)通，p管截止Vo= “ 0 ” ( =0V)即卩：Vdh-Vol=V)d 最大邏輯擺幅

10、，且輸出擺幅與 p、n管W/L無關(guān)(無比電路)直流電壓傳輸特性：VinVinVddVoutVout瞬態(tài)特性： 直流噪聲容限: 開門電平： 關(guān)門電平： 上升時(shí)間： 下降時(shí)間：傳輸延遲時(shí)間、負(fù)載電容、最高頻率。 允許的輸入電平變化范圍。電路允許的輸入高電平的下限電路允許的輸入低電平的上限輸出從0.1VDD上升至U 0.9VDD所需要的時(shí)間輸出從0.9VDD下降到0.1VDD所需要的時(shí)間輸出從高向低轉(zhuǎn)換的傳輸延遲時(shí)間:從輸入信號(hào)上升邊的 50%輸出信號(hào)下降邊的 50%所經(jīng)過的延遲時(shí)間。t pHL輸出從低向高轉(zhuǎn)換的傳輸延遲時(shí)間：從輸入信號(hào)下降邊的 50%輸出信號(hào)上升邊的 50%所經(jīng)過的延遲時(shí)間。t p

11、LH電路的平均傳輸延遲時(shí)間tp =tpHL +t pLH2CMOS反相器的設(shè)計(jì)：(P230-231 )設(shè)計(jì)一個(gè)CMOS反相器，要求驅(qū)動(dòng)1pF負(fù)載電容時(shí)上升時(shí)間和下降時(shí)間不超過0.5ns。采用 0.6um 工藝，Vdd=5V, Vtn=0.8V , Vtp=-0.9V ,Kn UnCoX 12010 6 A/V2,Kp UpCox 6010 6 A/V2。trtfr p 0.1p2(1 p)N 0.11ln(竺二2(1 P) 0.111.9 2 nln( N) 2(1 n)0.1解:由VTP 0.18 代入 trVDD1.78因?yàn)閠rp 0.1PF7ln（叫円得tr又根據(jù)p0.5ns，所以ClK

12、pVDD 'P 0.28 nsCl1pF，由于外部負(fù)載電容很大可以忽略輸出節(jié)點(diǎn)pn結(jié)電容,得到KP7.1410 4a/v22KP同理可得，2KnKnLpWN6.9umWP 14.28umpN取Ln2 7.14 10460 10 64i 2 6.9 10120 10 60.6um，則得23.811.5CMOS! NMO反相器性能比較：（P236-237）如果把CMO反相器中的PMOST作為負(fù)載元件，則 CMO反相器和幾種NMO阪相器的性 能差別主要是負(fù)載元件的性能差別引起的。從直流特性看，由于NMO反相器中的負(fù)載元件是常導(dǎo)通的，因此輸出低電平?jīng)Q定于電路的分壓比，是有比反相器，達(dá)不到最大邏

13、輯擺幅，而且有較大的靜態(tài)功耗。CMOS反相器中的PMO管是作為開關(guān)器件，在輸出高電平時(shí)只有PMOSI通，在輸出低電平時(shí)只有 NMOSI通，因此是無比電路，可以獲得最大的邏輯擺幅，而且不存在直流導(dǎo)通電流，有利于減小靜態(tài)功耗。從瞬態(tài)特性看，由于 NMO反相器是有比反相器，為了保證低電平合格，要求參數(shù)Kr>l ,從而使負(fù)載元件提供的充電電流很小， 造成電路的上升時(shí)間遠(yuǎn)大于下降時(shí)間， 成為限制速度 的主要因素。CMO阪相器可以采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，負(fù)載特性和驅(qū)動(dòng)管特性是對(duì)稱的，使tr=tf ,從而有利于提高速度。NMO反相器轉(zhuǎn)變區(qū)增益有限，噪聲容限小。CMO反相器可以采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，從而可以獲得最大的直流

14、噪聲容限。CMOS!路相對(duì)NMO電路有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是CMOSI路低功耗的優(yōu)點(diǎn)對(duì)提高集成密度非 常有利。CMOS電路的靜態(tài)功耗非常小，只有泄漏電流引起的靜態(tài)功耗，因而極大減小的芯 片的維持功耗，更加符合發(fā)展便攜式設(shè)備的需求。另外，CMOS電路有全電源電壓的邏輯擺幅，可以在低電壓下工作，因而更適合于深亞微米技術(shù)發(fā)展的要求。設(shè)計(jì)一個(gè)CMO或非門:（P243-244）0.5ns，已設(shè)計(jì)一個(gè)兩輸入或非門，要求在最壞情況下輸出上升時(shí)間和下降時(shí)間不大于知，Q=1pF, Vdc=5V, Vtn=0.8V, Vtp=-0.9V，采用 0.6um 工藝，有 KN = 120 X 10-6 A/V 2,Kp =

15、60 X 10-6 A/V2。根據(jù)等效反相器分析，或非門上升時(shí)間trCL-叫19 J)KpeffVDD (1 P)2(1 p)0.1根據(jù) tr0.5ns , O=1pF, VD=5V,a P = -V tp/Vdd = 0.18，可得到Kpeff = 7.14 X 10-4 A/V2或非門的下降時(shí)間tfClKPeffVDD(10.1n)212(11.9 2 In(n)0.1)根據(jù) tf 0.5ns , CL=1pF, V)D=5V,a N = Vtn/Vdd = 0.16，可得到KNeff = 6.90 X 10-4 A/V 2 由于或非門中2個(gè)PMOS管串聯(lián)對(duì)負(fù)載電容充電，因此要求Kp1 =

16、Kp2 = 2Kpeff = 14.28 X 10-4 A/V2考慮最壞情況下只有一個(gè)NMOS管導(dǎo)通對(duì)負(fù)載電容放電，要滿足下降時(shí)間要求，則有Kn1 :=Kn2 = KNeff = 6.90 X 10-4 A/V 2取ln =Lp = 0.6 3 m則有WP1=WP2 = 28.56 3 mWn1 :=WN2 = 6.9 3 m如果是設(shè)計(jì)一個(gè)兩輸入與非門，則在同樣性能要求和同樣參數(shù)下，得到WP1 = WP2 =14.28卩m, Wm1 = Wn2 = 6.9卩m?？梢钥闯?，在同樣速度情況下，采用與非門可以比或非 門節(jié)省面積。與非門、或非門版圖實(shí)例多晶硅團(tuán)n線口令源乂 IU攀1 - =：! ! J

17、1： ! ! ：!： ： =?I多晶LI訂防< L 3 H阱畫出用靜態(tài)CMOS兩輸入或非門的晶體管級(jí)電路圖和版圖VDD匚鋁線巴多晶硅匚有源區(qū)n阱復(fù)雜邏輯門的口訣：（P245）NMOS下拉網(wǎng)絡(luò)：NMOS管串聯(lián)實(shí)現(xiàn)與操作，并聯(lián)實(shí)現(xiàn)或操作。（串與并或）PMOS上拉網(wǎng)絡(luò)：PMOSf串聯(lián)實(shí)現(xiàn)或操作，并聯(lián)實(shí)現(xiàn)與操作。（串或并與）但最終實(shí)現(xiàn)是帶非的邏輯功能。請(qǐng)畫出用靜態(tài) CMO實(shí)現(xiàn)函數(shù)Y A（B C） DE的晶體管級(jí)電路圖：（P246）簡述類NMO電路的優(yōu)缺點(diǎn)：（P251）優(yōu)點(diǎn)：n輸入邏輯門需要（n+1）個(gè)MOS管，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯門時(shí)有利于減小面積。缺點(diǎn)：是有比電路達(dá)不到最大邏輯擺幅，有較大的靜態(tài)功耗

18、，由于要求Kr>1,類NMOSfe路上升時(shí)間長（類PMOSI路下降時(shí)間長）。應(yīng)用：可以用于對(duì)面積要求嚴(yán)格而性能要求不高的情況。CMO傳輸門及特點(diǎn)：（P253-254）CMO傳輸門：MOS晶體管的源、漏區(qū)是完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，因此MOS晶體管的源、漏極可以互換。這種雙向?qū)ㄌ匦越o它的應(yīng)用帶來極大的靈活性。對(duì)于源、漏極不固定，可以雙向傳送信號(hào)的 MOS晶體管叫做傳輸管（pass transistor ）或傳輸門（Transmission Gate，簡 稱TQo特點(diǎn)：CMOS專輸門更接近理想開關(guān)，斷開時(shí)有很大的截止態(tài)電阻，導(dǎo)通后有較小的導(dǎo) 通電阻。傳輸電平無閾值損失。傳輸門為CMOS邏輯設(shè)計(jì)增加了

19、靈活性， 可以簡化邏輯電路， 極大減少所需的晶體管數(shù)目，有利于提高速度和集成度。NMOS專輸管在傳輸?shù)碗娖綍r(shí)可達(dá)到0,而傳輸高電平時(shí)最高只能達(dá)到V）d-Vtn，也就是說NMO傳輸高電平有閾值損失。 PMO傳輸管可以無損失地傳輸高電平，但傳輸?shù)碗娖綍r(shí)會(huì) 有閾值損失，只能達(dá)到-Vtpo解釋預(yù)充-求值動(dòng)態(tài)CMOST非門的工作原理：IMphVoutATJ1 軋工作原理：當(dāng)0時(shí)電路處于預(yù)充階段，MP導(dǎo)通對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)電容充電，由于Mn截止,下拉通路斷開，使輸出電平 V°ut達(dá)到高電平Vdd。當(dāng)1時(shí)，Mp截止上拉通路斷開，由于M n導(dǎo)通，使下拉通路可以根據(jù)輸入信號(hào)求值。若A B 1則形成下拉的導(dǎo)通通

20、路，使輸出下降到低電平；否則Mi和M2中至少有一個(gè)管子截止，輸出保持高電平。由以上分析看出，這個(gè)電路在1時(shí)實(shí)現(xiàn)了 AB的功能。多米諾CMO電路的工作原理：（P269-270）r，DDfzout多米諾CMO電路由一級(jí)預(yù)充-求值的動(dòng)態(tài)邏輯門加一級(jí)靜態(tài) CMO阪相器構(gòu)成。由于經(jīng)過反 相器輸出，提高了輸出驅(qū)動(dòng)能力，另外也解決了富NMO與富NMO動(dòng)態(tài)電路（或富 PMOS不能直接級(jí)聯(lián)的問題。增加一級(jí)反相器，使多米諾電路實(shí)現(xiàn)的是不帶“非”的邏輯。1 時(shí)，若 A=B=1,0是預(yù)充階段，使 V為高電平，經(jīng)過反相器后，輸出為低電平。當(dāng)則M,M2和MNi構(gòu)成的下拉通路導(dǎo)通， 使M放電到低電平，反相后輸出為高電平。

21、若兩個(gè)輸入 信號(hào)不全是高電平，則 M和M2中至少有一個(gè)截止，下拉通路不能導(dǎo)通，因此 Vi保持預(yù)充的 高電平，輸出則保持為低電平。動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)缺點(diǎn)：（P264-265）動(dòng)態(tài)電路的優(yōu)點(diǎn)：1*減少了呂管，有利于減小面積 宜減小了面積從而減小了電容*有利于提高速度 3*保持了無比屯路的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)電路的問題：匚靠電荷存儲(chǔ)效應(yīng)保存信息，影響電路的可靠性2各種泄露電流的存在，可能會(huì)使存儲(chǔ)信息丟失存在電荷分享問題4預(yù)充時(shí)的不真實(shí)輸甜可能會(huì)影響下級(jí)電路貳需要時(shí)鐘信號(hào)控制，境加設(shè)計(jì)復(fù)朵性&動(dòng)態(tài)電路不能在低頻下工作功能測(cè)試?yán)щyCMOS邏輯電路的功耗：（P277）分類：動(dòng)態(tài)功耗、開關(guān)過程中的短路功耗和靜態(tài)功耗。

22、動(dòng)態(tài)功耗是電路在開關(guān)過程中對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)的負(fù)載電容充、放電所消耗的功耗，因此也叫開關(guān)功耗。在輸入信號(hào)上升或下降過程中，在VTN<Vn <Vdd+Vtp范圍內(nèi)將使NMO管和PMOS管都導(dǎo)通，出現(xiàn)從電源到低的直流導(dǎo)通電流，弓I起開關(guān)過程中附加的短路功耗。對(duì)于常規(guī)CMO邏輯電路，在穩(wěn)態(tài)時(shí)不存在直流導(dǎo)通電流，理想情況下靜態(tài)功耗是零。但是由于各種泄漏電流的存在，使得實(shí)際CMOSfe路的靜態(tài)功耗不為零。動(dòng)態(tài)功耗：減小動(dòng)態(tài)功耗的最有效措施是降低電源電壓，因?yàn)樗箘?dòng)態(tài)功耗平方率下降。但是對(duì)于一定的工藝水平，MOSt的閾值電壓有確定的值。若閾值電壓保持不變，降低電源電壓將使 MOSt導(dǎo)通電流下降，從而影

23、響電路性能。減小負(fù)載電容是降低動(dòng)態(tài)功耗的重要途徑。改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)，減少所需 MOSt數(shù)目，可以減小總的負(fù)載電容。因此對(duì)電源電壓的選擇有一個(gè)綜合考慮。從提高速度考慮，希望采用高的電壓。優(yōu)化的布局布線可以縮短連線路徑減小連線的寄生電容。合理的晶體管的版圖結(jié)構(gòu)可以減小器件的寄生電容。電路的動(dòng)態(tài)功耗還與電路節(jié)點(diǎn)的開關(guān)活動(dòng)因子有關(guān)，因?yàn)橹挥挟?dāng)輸出節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)從0到1的邏輯轉(zhuǎn)換時(shí)才從電源吸取能量。體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)降低動(dòng)態(tài)功 耗同樣有重要作用。 采用并行結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)可以在較低電源電壓或較低 的時(shí)鐘頻率下達(dá)到同樣的電路性能，從而有效降低功耗。短路功耗：開關(guān)過程中的短路功耗與輸入信號(hào)的上升、下降時(shí)間密切相關(guān)，

24、而且與輸出波形的上升邊和下降邊也有關(guān)系。輸出波形的上升、下降邊遠(yuǎn)大于輸入波形可以基本消除短路功耗，但會(huì)影響電路速度。短路功耗還與電源電壓和器件的閾值電壓有關(guān)。如果電源電壓小于 Vtn Vtp,可以使短路功耗基本消除，但電路不能滿足性能要求。從降低短路功耗考慮，可以增大器件的閾值電壓。靜態(tài)功耗：靜態(tài)功耗主要是由各種泄漏電流引起，其中MOSt的亞閾值電流有很大影響。減小亞閾值電流是降低功耗的一個(gè)重要設(shè)計(jì)考慮。采用可開關(guān)的源極電阻能減小亞閾值電流。采用多閾值和動(dòng)態(tài)閾值技術(shù)也是減小靜態(tài)功耗的有效措施。動(dòng)態(tài)功耗的公式:NPdfa iCiViVDDi 1短路功耗的公式:_ 11 mean g DD = $

25、fK(VDD2Vt)3靜態(tài)功耗的公式：PsI leakVDD(lj I ST )第五章數(shù)字集成電路的基本模塊請(qǐng)畫出用傳輸門和 CMO反相器構(gòu)成的 D鎖存器和D觸發(fā)器的原理圖，并說明D鎖存器工作原理：（P344-345）ckck2ck中ck工作原理：如圖所示，當(dāng) ck=1時(shí)傳輸門1導(dǎo)通，傳輸門2斷開，輸入數(shù)據(jù) D經(jīng)兩級(jí)反 相器輸出；當(dāng)ck=0時(shí)，傳輸門1斷開，外部信號(hào)不起作用，傳輸門2導(dǎo)通，使兩個(gè)反相器輸入、輸出交叉耦合，構(gòu)成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路保持原來的數(shù)據(jù)。只要脈寬大于鎖存器的輸出直接跟隨輸入信號(hào)變化，因此即使一個(gè)窄脈沖或者假信號(hào)電路的延遲時(shí)間，都會(huì)引起輸出狀態(tài)變化。而觸發(fā)器的輸出狀態(tài)在一個(gè)時(shí)鐘周

26、期內(nèi)只能變化 一次，它的輸出狀態(tài)決定于有效時(shí)鐘邊沿處的輸入狀態(tài)。因此這種主從結(jié)構(gòu)的電路也叫邊沿 觸發(fā)器。第六章CMOS集成電路的I/O設(shè)計(jì)CMO集成電路中輸入緩沖器的作用是什么？ESD保護(hù)電路的類型及作用是什么？輸入緩沖器有兩方面作用：一是作為電平轉(zhuǎn)換的接口電路；另一個(gè)是改善輸入信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。ESD保護(hù)電路主要有輸入端 ESD保護(hù)，輸出端ESD保護(hù)和電源的ESD保護(hù)。靜電釋放ESD（Electro Static Discharge）保護(hù)電路的作用主要是兩方面：一是提供 ESD電流的釋放通路；二是電壓鉗位，防止過大的電壓加到MOS器件上。闡述一般電路的輸入或輸出端的4種ESD應(yīng)力模式：某一個(gè)輸

27、入或輸出端對(duì)地的正脈沖電壓（PS）或負(fù)脈沖電壓（NS；某一個(gè)輸入或輸出端相對(duì) Vdd端的正脈沖電壓（PD或負(fù)脈沖電壓（ND。畫出二極管輸入 ESD保護(hù)電路，說明其工作原理工作原理：對(duì) CMOS!成電路連接到壓點(diǎn)的輸入端常采用雙二極管保護(hù)電路。二極管D1是和PMO源、漏區(qū)同時(shí)形成，是 p*n結(jié)構(gòu)，二極管 D2是和NMO源、漏區(qū)同時(shí)形成的，是 n+p結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓點(diǎn)相對(duì)地出現(xiàn)負(fù)脈沖應(yīng)力，則二極管D2導(dǎo)通，導(dǎo)通的二極管和電阻形成了ESD電流的泄放通路。當(dāng)壓點(diǎn)相對(duì)地出現(xiàn)正脈沖應(yīng)力，使二極管D2擊穿，只要二極管 D2擊穿電壓低于柵氧化層的擊穿電壓，就可以起到保護(hù)作用。三態(tài)輸出的三種輸出狀態(tài)，畫出常用的CMO

28、SE態(tài)輸出電路：三種輸出狀態(tài)：輸出高電平狀態(tài)，輸出低電平狀態(tài)，高阻態(tài)。第七章MOS存儲(chǔ)器MOS存儲(chǔ)器：分類：（揮發(fā)性）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）: DRAM和 SRAM不揮發(fā)性只讀存儲(chǔ)器 （ROM）： Mask ROM PROM EPROM E>ROM Flash ;不揮發(fā)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器：FeRAM MRAM構(gòu)成：存儲(chǔ)單元陣列、譯碼器、輸入輸出緩沖器、時(shí)鐘和控制電路SRAM和DRAM勺優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用：（P377）DRAM （Dynamic Random Access Memory）DRAM可以使用單管單元結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。DRAM單元具有結(jié)構(gòu)簡單、面積小、有利于提高集成度。但也存在缺陷，一是存儲(chǔ)信息

29、不能長期保持，會(huì)由于泄漏電流而丟失，二是單元讀出信 號(hào)微弱，而且讀出后單元原來存儲(chǔ)的信號(hào)也被改變，也就是破壞性讀出。需要定時(shí)刷新，而 且要使用靈敏/再生放大器。由于 DRAM集成度高、功耗低，適合于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存。SRAM （Static Random Access Memory）SRAM米用靜態(tài)存儲(chǔ)方式，靠雙穩(wěn)態(tài)電路存儲(chǔ)信息，信息存儲(chǔ)可靠，只要不斷電存儲(chǔ)信 息可以長期保持。SRAM單元電路復(fù)雜，占用面積大，因此集成度不如DRAM由于SRAM工作速度快，常用來做高速緩沖存儲(chǔ)器 （cache）。請(qǐng)說明CMOS 6管單元SRAM的工作原理。工作原理：對(duì)沒選中的單元，字線是低電平，2個(gè)門管截止，單元和

30、外界隔離，靠雙穩(wěn)態(tài)電路保持信息。若單元存“1 ”，則Vi=Voh=Vdd, V2=0；若存“ 0 ”則相反。需要對(duì)某個(gè)單元寫入信息時(shí)，該單元的字線為高電平，使門管M5和M6導(dǎo)通。若寫“ 1”貝U Vbl=Vdd，V?= 0，使 Vi充電到 高電平，V2放電到低電平，從而寫入信息。讀操作時(shí)，位線BL和BL都預(yù)充到高電平 Vdd，同時(shí)通過行譯碼器使該單元字線為 高電平。若讀“1”，Vi=VoH, V2=0，使M 1截止，位線BL不能放 電；而另一側(cè)由于 M2和M6都導(dǎo)通，對(duì)位線放電。若讀“ 0” 則位線BL保持高電平，而 BL通過M1和M5放電。(P383-384)H1第八章集成電路的設(shè)計(jì)方法和版圖設(shè)計(jì)集成電路設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)方法：top-down（自頂向下）and bottom-up （自底向上）設(shè)計(jì)流程圖：4rp -t護(hù)衛(wèi)沖兩石不| *畫出DRAM勺單管單元電路圖，請(qǐng)說明該電路是如何工作的。 集成電路的設(shè)計(jì)方法： P407 根據(jù) IC 開發(fā)過程所需掩膜版數(shù)目的不同， IC 的設(shè)計(jì)方法可分為 三種：基于可編程邏輯器件（ Programmable Logic Device, 簡稱PLD的設(shè)計(jì)方法、半定制 設(shè)計(jì)方法、定制設(shè)計(jì)方法。電路單元：標(biāo)準(zhǔn)單元、宏單元、 IP 其中 IP 核的分類：軟核：HDL語言建立的數(shù)字模型。固核：用HDL語言建立的模型和綜合后生成的網(wǎng)表。 硬