數(shù)字集成電路復(fù)習(xí)資料

第一章數(shù)字集成電路介紹第一個晶體管，Bell實(shí)驗(yàn)室，1947第一個集成電路，JackKilby，德州儀器，1958摩爾定律：1965年，GordonMoore預(yù)言單個芯片上晶體管的數(shù)目每18到24個月翻一番。(隨時間呈指數(shù)增長)抽象層次：器件、電路、門、功能模塊和系統(tǒng)抽象即在每一個設(shè)計(jì)層次上，一個復(fù)雜模塊的內(nèi)部細(xì)節(jié)可以被抽象化并用一個黑匣子或模型來代替。這一模型含有用來在下一層次上處理這一模塊所需要的所有信息。固定成本（非重復(fù)性費(fèi)用）與銷售量無關(guān)；設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時間和人工；受設(shè)計(jì)復(fù)雜性、設(shè)計(jì)技術(shù)難度以及設(shè)計(jì)人員產(chǎn)出率的影響；對于小批量產(chǎn)品，起主導(dǎo)作用?？勺兂杀荆ㄖ貜?fù)性費(fèi)用）與產(chǎn)品的產(chǎn)量成正比；直接用于制造產(chǎn)品的費(fèi)用；包括產(chǎn)品所用部件的成本、組裝費(fèi)用以及測試費(fèi)用。每個集成電路的成本=每個集成電路的可變成本+固定成本/產(chǎn)量。可變成本=（芯片成本+芯片測試成本+封裝成本）/最終測試的成品率。一個門對噪聲的靈敏度是由噪聲容限NML（低電平噪聲容限）和NMH（高電平噪聲容限）來度量的。為使一個數(shù)字電路能工作，噪聲容限應(yīng)當(dāng)大于零，并且越大越好。NMH=VOH-VIHNML=VIL-VOL再生性保證一個受干擾的信號在通過若干邏輯級后逐漸收斂回到額定電平中的一個。一個門的VTC應(yīng)當(dāng)具有一個增益絕對值大于1的過渡區(qū)(即不確定區(qū))，該過渡區(qū)以兩個有效的區(qū)域?yàn)榻纾戏▍^(qū)域的增益應(yīng)當(dāng)小于1。理想數(shù)字門特性：在過渡區(qū)有無限大的增益；門的閾值位于邏輯擺幅的中點(diǎn)；高電平和低電平噪聲容限均等于這一擺幅的一半；輸入和輸出阻抗分別為無窮大和零。傳播延時、上升和下降時間的定義傳播延時tp定義了它對輸入端信號變化的響應(yīng)有多快。它表示一個信號通過一個門時所經(jīng)歷的延時，定義為輸入和輸出波形的50%翻轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的時間。上升和下降時間定義為在波形的10%和90%之間。對于給定的工藝和門的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功耗和延時的乘積一般為一常數(shù)。功耗-延時積(PDP)----門的每次開關(guān)事件所消耗的能量。一個理想的門應(yīng)當(dāng)快速且?guī)缀醪幌哪芰浚宰詈蟮馁|(zhì)量評價(jià)為。能量-延時積(EDP)=功耗-延時積2。第三章、第四章CMOS器件手工分析模型寄生簡化：當(dāng)導(dǎo)線很短，導(dǎo)線的截面很大時或當(dāng)所采用的互連材料電阻率很低時，電感的影響可以忽略：如果導(dǎo)線的電阻很大(例如截面很小的長鋁導(dǎo)線的情形)；外加信號的上升和下降時間很慢。當(dāng)導(dǎo)線很短，導(dǎo)線的截面很大時或當(dāng)所采用的互連材料電阻率很低時，采用只含電容的模型。當(dāng)相鄰導(dǎo)線間的間距很大時或當(dāng)導(dǎo)線只在一段很短的距離上靠近在一起時：導(dǎo)線相互間的電容可以被忽略，并且所有的寄生電容都可以模擬成接地電容。平行板電容：導(dǎo)線的寬度明顯大于絕緣材料的厚度。邊緣場電容：這一模型把導(dǎo)線電容分成兩部分：一個平板電容以及一個邊緣電容，后者模擬成一條圓柱形導(dǎo)線，其直徑等于該導(dǎo)線的厚度。多層互連結(jié)構(gòu)：每條導(dǎo)線并不只是與接地的襯底耦合（接地電容），而且也與處在同一層及處在相鄰層上的鄰近導(dǎo)線耦合（連線間電容）。總之，再多層互連結(jié)構(gòu)中導(dǎo)線間的電容已成為主要因素。這一效應(yīng)對于在較高互連層中的導(dǎo)線尤為顯著，因?yàn)檫@些導(dǎo)線離襯底更遠(yuǎn)。例4.5與4.8表格電壓范圍集總RC網(wǎng)絡(luò)分布RC網(wǎng)絡(luò)0→50%(tp)0.69RC0.38RC0.5RC0.9RC0→63%(τ)RC10%→90%(tr)2.2RC0→90%2.3RC1.0RC例4.1金屬導(dǎo)線電容考慮一條布置在第一層鋁上的10cm長，1μm寬的鋁線，計(jì)算總的電容值。平面(平行板)電容：(0.1×106μm2)×30aF/μm2=3pF邊緣電容：2×(0.1×106μm)×40aF/μm=8pF總電容：11pF現(xiàn)假設(shè)第二條導(dǎo)線布置在第一條旁邊，它們之間只相隔最小允許的距離，計(jì)算其耦合電容。耦合電容：Cinter=(0.1×106μm)×95aF/μm2=9.5pF材料選擇：對于長互連線，鋁是優(yōu)先考慮的材料；多晶應(yīng)當(dāng)只用于局部互連；避免采用擴(kuò)散導(dǎo)線；先進(jìn)的工藝也提供硅化的多晶和擴(kuò)散層接觸電阻：布線層之間的轉(zhuǎn)接將給導(dǎo)線帶來額外的電阻。布線策略：盡可能地使信號線保持在同一層上并避免過多的接觸或通孔；使接觸孔較大可以降低接觸電阻(電流集聚在實(shí)際中將限制接觸孔的最大尺寸)。采電流集聚限制RC,(最小尺寸)：金屬或多晶至n+、p+以及金屬至多晶為5~20Ω；通孔(金屬至金屬接觸)為1~5Ω。例4.2金屬線的電阻考慮一條布置在第一層鋁上的10cm長，1μm寬的鋁線。假設(shè)鋁層的薄層電阻為0.075Ω/□，計(jì)算導(dǎo)線的總電阻：Rwire＝0.0