1、第九章 版圖設(shè)計(jì)實(shí)例,主要內(nèi)容 1. CMOS門電路 2. CMOS RAM單元及陣列 3. CMOS D觸發(fā)器 4. CMOS放大器 5. 雙極集成電路,1. CMOS門電路 (1) 反相器,電路圖 版圖1 版圖2,版圖1特點(diǎn):多晶柵豎直排列,MOS管源區(qū)面積小,因而反相器面積也小。 版圖2特點(diǎn):多晶柵水平排列,MOS管漏極金屬與電源、地金屬線之間的空檔允許其它金屬線通過,因水平尺寸較大而使面積稍大一些。,(2) 異或門,電路圖,版圖1 版圖2,版圖1特點(diǎn):多晶柵豎直放置;MOS管排成4行,第2和第4行構(gòu)成或非門,第1和第3行構(gòu)成與或非門.整個(gè)版圖較高。 版圖2特點(diǎn):或非門和與或非門分開布局

2、,P管和N管各占一行。,(3)二輸入端與門(snd2),電路圖 版圖,特點(diǎn)：與門由與非門和反相器串聯(lián)而成，采用合并公共區(qū)域的技巧，將P管接電源的有源區(qū)公用，N管接地的有源區(qū)公用，器件的排列很緊湊，面積很小。,(4) 與或非門(AOI),電路圖 版圖,提示：設(shè)計(jì)AOI或OAI的版圖，一定要熟練掌握MOS管串聯(lián)和并聯(lián)的畫法后進(jìn)行，看清每個(gè)MOS管的輸入信號(hào)，用棍棒圖畫出草圖后再畫版圖。,(5) 或與非門（OAI),電路圖 版圖,提示：對(duì)比AOI和OAI電路圖和版圖的區(qū)別和畫法，鞏固和熟練掌握CMOS復(fù)聯(lián)電路版圖的畫法。,(6) 全加器,門級(jí)電路圖,晶體管級(jí)電路圖,版圖,特點(diǎn)： 和異或門相似，幾個(gè)輸

3、入信號(hào)被幾乎所有的器件公用，設(shè)計(jì)版圖時(shí)要充分注意這一特點(diǎn)。 版圖把A、B、C多晶分成二段且排成二列，A線在上面(靠近Vdd)轉(zhuǎn)折連接，B線在下面(靠近Vss)轉(zhuǎn)折連接，C線二段不能直接連接，在Vss附近用金屬連接。 用左面一列A、B、C多晶布局器件的串并聯(lián)，右面一列A、B、C多晶布局器件的串聯(lián)。整個(gè)電路分為4行，第2和第3行組成進(jìn)位電路的前級(jí)，第1行和第4行組成求和電路的前級(jí)。 進(jìn)位與求和的輸出反相器采用較大的寬長比。 在版圖中間一條橫的金屬線阻擋了進(jìn)位部分串并聯(lián)電路的輸出從上至下進(jìn)行連接，用多晶從該金屬線下穿過將這段輸出金屬連接。,2. CMOS RAM單元及陣列 (1）CMOS RAM單元

4、,電路圖 版圖,特點(diǎn)：版圖用雙層金屬設(shè)計(jì)。兩個(gè)反相器共源，它們的交叉連接和襯底連接都用金屬1，兩條位線也用金屬1作為連線。Vdd、Vss和W用金屬2作為導(dǎo)線。門管的多晶柵和金屬1連接，然后金屬1經(jīng)過通孔連接到用字線。阱和襯底的接觸也經(jīng)過通孔連接到Vdd和Vss。,(2) CMOS RAM陣列,CMOS SRAM 44陣列,特點(diǎn)：存儲(chǔ)單元排成陣列時(shí)，列的方向只要求相鄰單元位線的間距符合設(shè)計(jì)規(guī)則；行的布局合并了公共區(qū)域，即Vdd和Vss共用。,3. CMOS D觸發(fā)器 (1) 無置位和復(fù)位端的D觸發(fā)器,電路圖,電路圖中,用鐘控反相器代替反相器和傳輸門（TG2）串聯(lián)。,版圖,特點(diǎn)：1）版圖為4行結(jié)構(gòu)

5、，中間兩行構(gòu)成反相器，多晶從第2行延伸到第3行就形成反相器。 2）第1行和第4行構(gòu)成傳輸門，雖然被第2、3行分隔開，但這兩行MOS管不需要多晶共用，只用金屬進(jìn)行源漏連接，即使這些金屬連線跨過中間兩行有源區(qū)，也不會(huì)形成寄生MOS管。 3）CP多晶放在Vdd線下，CPb多晶沿Vss水平布線，在中央部位，這兩條多晶都從有源區(qū)的空隙分別延伸到Vdd和Vss線附近，與傳輸門器件的柵級(jí)連接。 4）主觸發(fā)器采用鐘控反相器，節(jié)省一根金屬連線。,(2) 帶置位端的D觸發(fā)器,電路圖,版圖,特點(diǎn)：器件仍分為4層，CP和CPb也位于上下兩邊，并且在CP多晶的上方增加一條水平的多晶作為復(fù)位（R）。CPb線在水平和垂直方

6、向的連接采用金屬過渡。主觸發(fā)器采用鐘控或非門，節(jié)省一根金屬連線。,4. CMOS放大器,電路圖,五個(gè)器件的布局,分割輸入器件實(shí)現(xiàn)四方交叉：將M3變?yōu)镸3a和M3b，M4變?yōu)镸4a和M4b，就可以實(shí)現(xiàn)四方交叉，保證輸入器件的對(duì)稱性。,由于全部電流都要通過輸入晶體管中的每一個(gè)，例如，有時(shí)整個(gè)電流完全在M3，當(dāng)差分信號(hào)關(guān)斷時(shí)，M3關(guān)斷M4接通，整個(gè)電流又完全在M4，信號(hào)每擺動(dòng)一次就切換一次，為了承受這一電流，在M3和M4之間的金屬線需要達(dá)到一定的寬度，采用二條金屬線連接M3和M4的源極，并且從M4b和M3b的中間向下，這樣，M3導(dǎo)通時(shí)電流將通過M3a和M3b，即它的兩半把電流向下送到中心導(dǎo)線。,中心

7、區(qū)域多晶交叉連接細(xì)節(jié)圖,M3和M4的寬長比很大，M3a、M3b、M4a和M4b都采用多管并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。這四個(gè)MOS管的源已經(jīng)連接到Metal1導(dǎo)線，為了避免和Metal1交叉短路, M3和M4的漏極要用Metal2連接。Metal2有很多通孔和很寬的導(dǎo)線，使電流能夠順利通過。,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)稱，將M5也分割為M5a和M5b。,CMOS放大器的版圖,考慮對(duì)稱性，兩個(gè)P管只要畫一個(gè)，另一個(gè)通過復(fù)制而成。P管制作在N阱中，用N阱接觸包圍整個(gè)器件，并且將電源線和接觸合并為一條金屬線。在阱外用P襯底接觸把P管整個(gè)包圍起來，然后復(fù)制M2管，由于M1和M2之間有襯底接觸，它們的電源線就用Metal2連接。兩個(gè)器件的柵極也用Metal2連接。M1、M2與差分輸入對(duì)管的