晶體管陣列及其邏輯設(shè)計應(yīng)用

晶體管規(guī)則陣列設(shè)計技術(shù)

VLSIC是高度復(fù)雜的集成系統(tǒng)，為保證設(shè)計的正確性并且降低設(shè)計難度，提高設(shè)計效率，避免由于在版圖設(shè)計過程中采用復(fù)雜結(jié)構(gòu)而引入不可靠因素，因此，在VLSI的設(shè)計技術(shù)中大量地采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，晶體管規(guī)則陣列設(shè)計技術(shù)就是其中之一。在這個結(jié)構(gòu)中的基本單元就是MOS晶體管或CMOS晶體管對。4.1晶體管陣列及其邏輯設(shè)計應(yīng)用ROM是最常用的晶體管規(guī)則陣列，它以晶體管的有無來確定存儲的信號是“0”或“1”。4.1.1全NMOS結(jié)構(gòu)ROM

動態(tài)NMOS或非結(jié)構(gòu)ROM4.1.2ROM版圖1.NMOS或非結(jié)構(gòu)ROM版圖

2.NMOS與非結(jié)構(gòu)ROM版圖

對于并聯(lián)形式的器件采用不制作或開路的方法去除；對于串聯(lián)形式的器件采用不制作或短路的方法去除；對于NMOS管，可以不做柵或漏；對于NMOS管，采用離子注入的方法可去除：1）并聯(lián)結(jié)構(gòu)，采用提高開啟電壓實現(xiàn)開路，注入與襯底相同的雜質(zhì)；2）串聯(lián)結(jié)構(gòu)，采用降低開啟電壓到負(fù)向（耗盡）實現(xiàn)短路，注入與襯底相反的雜質(zhì)。對器件編程的技術(shù)小結(jié)：例題：按照真值表，用NMOS或非ROM結(jié)構(gòu)電路實現(xiàn)邏輯。

地址譯碼器（（輸入變量組組合的枚舉））：4.2MOS晶體管開關(guān)邏邏輯MOS開關(guān)晶體管邏邏輯是建立在在“傳輸晶體體管”或“傳傳輸門”基礎(chǔ)礎(chǔ)上的邏輯結(jié)結(jié)構(gòu)，所以又又稱為傳輸晶晶體管邏輯。。信號的傳輸輸是通過導(dǎo)通通的MOS器件，從源傳傳到漏或從漏漏傳到源。這這時的信號接接受端的邏輯輯值將同時取取決于信號的的發(fā)送端和MOS器件柵極的邏邏輯值。開開關(guān)邏輯輯1.多路轉(zhuǎn)換開關(guān)關(guān)MUXCMOS結(jié)構(gòu)構(gòu)的MUX帶有提升電路路的MUX2.MUX邏輯應(yīng)用在MUX作為選擇開關(guān)關(guān)的應(yīng)用時，，將B和A當(dāng)作控制信號號，而將C0~C3當(dāng)作數(shù)據(jù)信號號，如果反過過來，仍是這這個電路結(jié)構(gòu)構(gòu)，將C0~C3當(dāng)作邏輯功能能控制信號，，B和A作為邏輯數(shù)據(jù)據(jù)信號，我們們可以得到一一個非常有趣趣地邏輯結(jié)構(gòu)構(gòu)。例2：設(shè)計一個實實現(xiàn)四種邏輯輯操作的電路路，其中控制制信號為K1K0，邏輯輸入為為A、B，當(dāng)K1K0=00時，實現(xiàn)A、B的與非操作；；當(dāng)K1K0=01時，實現(xiàn)A、B的或非操作；；當(dāng)K1K0=10時，實現(xiàn)A、B的異或操作；；當(dāng)K1K0=11時，實現(xiàn)A信號的倒相操操作；分析：首先，，我們可以確確定采用四到到一MUX能夠?qū)崿F(xiàn)所需需的四種邏輯輯操作，接下下來的任務(wù)是是產(chǎn)生所需的的四種控制編編碼C3~C0，同時，這四四種控制編碼碼又對應(yīng)了外外部的二位控控制信號K1K0，因此，該邏邏輯應(yīng)由兩部部分組成：編編碼產(chǎn)生與控控制邏輯和四四到一的MUX。查表4-1可可知，當(dāng)實現(xiàn)現(xiàn)A、B與非非操作時，C0~C3為1110；；當(dāng)實現(xiàn)A、B或非操作時時，C0~C3為1000；；當(dāng)實現(xiàn)A、B異或操作時時，C0~C3為0110；；當(dāng)實現(xiàn)A信號號倒相操作時時，C0~C3為1010；；A、B與非操操作時，C0~C3為1110；；A、B或非非操作時，C0~C3為1000；；A、B異或操操作時，C0~C3為0110；；A信號倒相相操作時，C0~C3為1010。。棒狀圖4.3PLA及及其拓拓展結(jié)結(jié)構(gòu)可編程程邏輯輯陣列列PLA也是典典型的的晶體體管規(guī)規(guī)則陣陣列結(jié)結(jié)構(gòu)，，它采采用兩兩級ROM形式構(gòu)構(gòu)造電電路，，其兩兩級ROM陣列分分別為為“與與平面面”和和“或或平面面”，，這是是源于于大多多數(shù)邏邏輯表表達(dá)式式采用用“與與-或”結(jié)結(jié)構(gòu)。。它不用用譯碼碼電路路而直直接將將輸入入變量量的原原量和和非量量送入入晶體體管陣陣列。。實際的的PLA結(jié)構(gòu)中中，““與平平面””并不不是由由“與與門””陣列列構(gòu)成成，同同樣的的，““或平平面””也不不是““或門門”陣陣列，，其兩兩個““平面面”的的組合合是以以“或或非-或非””或者者“與與非-與非””，或或者其其他變變形結(jié)結(jié)構(gòu)的的陣列列形式式出現(xiàn)現(xiàn)。““與與非-與非非”陣陣列結(jié)結(jié)構(gòu)“或非非-或非””陣列列結(jié)構(gòu)構(gòu)當(dāng)用““或非非-或非””結(jié)構(gòu)構(gòu)PLA實現(xiàn)邏邏輯時時必須須輸入入取反反、輸輸出取取反。。例3：：用或或非-或非非結(jié)構(gòu)構(gòu)的PLA實現(xiàn)現(xiàn)下面面的邏邏輯解：這這個邏邏輯函函數(shù)就就是例例2描描述的的邏輯輯，我我們在在例2中采采用的的是ROM+MUX的結(jié)結(jié)構(gòu)，，現(xiàn)在在采用用PLA進(jìn)進(jìn)行設(shè)設(shè)計。。首先先需將將函數(shù)數(shù)化為為標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的與與-或或表達(dá)達(dá)式：：多級門門陣列列(MGA)MGA是在PLA基礎(chǔ)上上變化化而成成的多多級門門結(jié)構(gòu)構(gòu)，雖雖然它它被稱稱為門門陣列列，實實際上上它是是多級級PLA的組合合，一一個最最明顯顯的標(biāo)標(biāo)志是是它對對輸入入、輸輸出位位置的的限制制。因為在在每塊塊PLA中，““與平平面””只能能外部部輸入入，內(nèi)內(nèi)部輸輸出，，“或或平面面”只只能內(nèi)內(nèi)部輸輸入，，外部部輸出出。4.4門陣列列門陣列列是一一種規(guī)規(guī)則化化的版版圖結(jié)結(jié)構(gòu)。。門陣陣列版版圖采采用行行式結(jié)結(jié)構(gòu)，，在單單元行行內(nèi)規(guī)規(guī)則的的排列列著以以標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)門定定義的的門單單元。。嚴(yán)格地地講，，門陣陣列不不是一一個實實現(xiàn)邏邏輯的的電路路結(jié)構(gòu)構(gòu)，它它是一一種版版圖形形式。。門陣列列單元元整體結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計準(zhǔn)準(zhǔn)則·電電源、、地線線必須須用鋁鋁引線線，為為了使使電源源和地地線通通達(dá)各各個單單元，，它們們應(yīng)設(shè)設(shè)計成成叉指指形。。電源源、地地線在在各單單元行行的位位置、、寬度度必須須一致致。對對于外外部的的輸入入、輸輸出單單元的的電源源和地地線的的設(shè)計計采用用“回回”字字型型結(jié)構(gòu)構(gòu)，以以保證證電源源和地地線能能夠通通達(dá)到到每一一個單單元。?！げ刹捎么勾怪辈疾季€法法，即即水平平方向向用鋁鋁線作作為各各單元元間的的互連連線。。垂直直方向向用多多晶硅硅條或或擴(kuò)散散條作作為穿穿越單單元行行的通通信以以及鋁鋁引線線交叉叉的通通道。。由于于鋁線線與多多晶硅硅條或或擴(kuò)散散條可可以互互相跨跨越，，因此此它們們可以以共用用同一一個布布線通通道。?！げ刹捎谩啊靶惺绞浇Y(jié)構(gòu)構(gòu)”，，即單單元行行和布布線通通道間間隔排排列，，這種種間隔隔便于于CAD軟軟件實實現(xiàn)自自動布布局布布線。?！び醚谀Ｄ０婢幘幊痰牡腎/OPAD單元或或獨立立的I/O單元位位于芯芯片四四周。。門門陣陣列在在VLSI設(shè)計計中的的應(yīng)用用形式式門陣列列是一一種規(guī)規(guī)則陣陣列形形式的的版圖圖，與與前面面介紹紹的晶晶體管管規(guī)則則陣列列所不不同的的是，，在前前述的的晶體體管規(guī)規(guī)則陣陣列中中，版版圖和和電路路形式式是相相關(guān)的的，運運用什什么樣樣的版版圖必必須有有配套套的電電路設(shè)設(shè)計方方法。。門陣陣列版版圖對對電路路設(shè)計計沒有有嚴(yán)格格的要要求，，可以以完全全按照照人們們習(xí)慣慣的設(shè)設(shè)計方方式構(gòu)構(gòu)造電電路，，不必必考慮慮邏輯輯的表表達(dá)式式應(yīng)是是什么么形式式。門陣列列在VLSI設(shè)設(shè)計中中的應(yīng)應(yīng)用有有兩類類三種種主要要的應(yīng)應(yīng)用形形式：：電路路的完完全實實現(xiàn)形形式，，包括括固定定門陣陣列和和優(yōu)化化門陣陣列；；電路路的局局部實實現(xiàn)形形式，，即在在系統(tǒng)統(tǒng)中的的某一一部分分電路路采用用門陣陣列結(jié)結(jié)構(gòu)加加以實實現(xiàn)。。顯然，，在第第一類類中，，VLSIC完完全采采用門門陣列列技術(shù)術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)設(shè)計計，而而第二二類僅僅僅在在VLSIC中中的一一部分分電路路采用用了門門陣列列。1.固定門門陣列列固定門門陣列列采用用預(yù)加加工技技術(shù)，，就是是說，，在工工廠里里預(yù)先先就加加工了了一些些規(guī)格格化的的門陣陣列母母片，，這些些母片片已完完成了了主要要的工工藝流流程，，母片片上已已沉積積了金金屬層層。所所謂固固定就就是固固定大大小、、固定定結(jié)構(gòu)構(gòu)、固固定I/O數(shù)量量的門門陣列列。固定大大小就就是對對某一一個預(yù)預(yù)先制制作的的母片片，它它的門門數(shù)是是固定定的，，如500門、、1000門、、5000門，，等等等。固定結(jié)結(jié)構(gòu)就就是對對預(yù)先先制作作的母母片，，它的的結(jié)構(gòu)構(gòu)，如如陣列列有幾幾列、、每列列有幾幾行、、每行行的門門數(shù)，，行間間有多多少水水平布布線道道、列列間有有多少少豎直直布線線道、、陣列列外圍圍有多多少布布線道道，等等等，，都是是固定定的。。固定的的I/O數(shù)數(shù)量是是指對對預(yù)先先制作作的母母片，，它的的外圍圍I/O的的數(shù)量量、排排列方方式是是固定定的，，電源源、地地線的的位置置也是是固定定的。。2.優(yōu)優(yōu)化門門陣列列優(yōu)化門門陣列列是一一種不不規(guī)則則的門門陣列列結(jié)構(gòu)構(gòu)，所所謂不不規(guī)則則是指指它的的單元元行的的寬度度可以以不完完全相相同，，即每每行的的單元元數(shù)可可以有有多有有少，，布線線通道道的容容量可可以不不完全全相同同。3.局部門門陣列列所謂局局部門門陣列列就是是將集集成電電路中中的一一部分分用門門陣列列結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計，顯顯然，，它屬屬于優(yōu)優(yōu)化門門陣列列范疇疇。4.5晶體管管規(guī)則則陣列列設(shè)計計技術(shù)術(shù)應(yīng)用用1.EPLD中的宏宏單元元EPLD（ErasableProgramableLogicDevices）是目目前應(yīng)應(yīng)用最最為廣廣泛的的現(xiàn)場場編程程器件件之一一。它它采用用電編編寫和和電擦擦除的的特殊殊MOS器件件（（E2PROM器件件））作作為為晶晶體體管管規(guī)規(guī)則則陣陣列列中中的的單單元元，，實實現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)場場編編程程。2.E2PROM晶體體管管3.編程程的的概概念念用晶晶體體管管規(guī)規(guī)則則陣陣列列設(shè)設(shè)計計VLSI的過過程程，，通通常常就就是是““編編程程””的的過過程程。。對對ROM結(jié)構(gòu)構(gòu)，，我我們們通通過過一一塊塊摻摻雜雜掩掩膜膜版版編編程程，，如如源源漏漏摻摻雜雜掩掩膜膜版版、、離離子子注注入入掩掩膜膜版版等等。。對對開開關(guān)關(guān)晶晶體體管管邏邏輯輯、、PLA及其其拓拓展展結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)也也采采用用同同樣樣的的方方法法編編程程。。對對門門陣陣列列，，我我們們采采用用金金屬屬掩掩膜膜版版進(jìn)進(jìn)行行編編程程，，等等等等。。9、靜夜四四無鄰，，荒居舊舊業(yè)貧。。。12月-2212月-22Saturday,December24,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。08:20:0808:20:0808:2012/24/20228:20:08AM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2208:20:0808:20Dec-2224-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。08:20:0808:20:0808:20Saturday,December24,202213、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。12月-2212月-2208:20:0808:20:08December24,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)發(fā)，舊國見青青山。。24十二月月20228:20:08上午08:20:0812月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月228:20上上午12月-2208:20December24,202216、行動動出成成果，，工作作出財財富。。。2022/12/248:20:0808:20:0824December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。8:20:08上上午8:20上上午午08:20:0812月月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時時停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Saturday,December24,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有結(jié)結(jié)果果，，但但是是不不努努力力卻卻什什么么改改變變也也沒沒有有。。。。08:20:0808:20:0808:2012/24/20228:20:08AM11、成功就就是日復(fù)復(fù)一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。12月-2208:20:0808:20Dec-2224-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。08:20:0808:20:0808:20Saturday,December24,202213、不知香積寺寺，數(shù)里入云云峰。。12月-2212月-2208:20:0808:20:08December24,202214、意志堅強(qiáng)強(qiáng)的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。24十二二月20228:20:08上上午08:20:0812月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荊荊門門九九派派通通。。。。。十二二月月228:20上上午午12月月-2208:20December24,202216、少少年年十十五五二二十十時時，，步步行行奪奪得得胡胡馬馬騎騎。。。。2022/12/248:20:0808:20:0824December202217、空山新雨后后，天氣晚來來秋。。8:20:08上午8:20上上午08:20:0812月-229、楊柳柳散和和風(fēng)，，青山山澹吾吾慮。。。12月月-2212月月-22Saturday,Decem