晶體管規則陣列設計技術

VLSIC是高度復雜的集成系統，為保證設計的正確性并且降低設計難度，提高設計效率，避免由于在版圖設計過程中采用復雜結構而引入不可靠因素，因此，在VLSI的設計技術中大量地采用規則結構，晶體管規則陣列設計技術就是其中之一。在這個結構中的基本單元就是MOS晶體管或CMOS晶體管對。4.1晶體管陣列及其邏輯設計應用ROM是最常用的晶體管規則陣列，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結構ROM

動態NMOS或非結構ROM4.1.2ROM版圖1.NMOS或非結構ROM版圖

2.NMOS與非結構ROM版圖

對于并聯形式的器件采用不制作或開路的方法去除；對于串聯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）并聯結構，采用提高開啟電壓實現開路，注入與襯底相同的雜質；2）串聯結構，采用降低開啟電壓到負向（耗盡）實現短路，注入與襯底相反的雜質。對器件編程的技術小結：例題：按照真值表，用NMOS或非ROM結構電路實現邏輯。

地址譯譯碼器器（輸輸入變變量組組合的的枚舉舉）：：4.2MOS晶體管管開關關邏輯輯MOS開關晶晶體管管邏輯輯是建建立在在“傳傳輸晶晶體管管”或或“傳傳輸門門”基基礎上上的邏邏輯結結構，，所以以又稱稱為傳傳輸晶晶體管管邏輯輯。信信號的的傳輸輸是通通過導導通的的MOS器件，，從源源傳到到漏或或從漏漏傳到到源。。這時時的信信號接接受端端的邏邏輯值值將同同時取取決于于信號號的發發送端端和MOS器件柵柵極的的邏輯輯值。。4.2.1開開關關邏輯輯1.多路轉轉換開開關MUXCMOS結結構的的MUX帶有提提升電電路的的MUX2.MUX邏輯應應用在MUX作為選選擇開開關的的應用用時，，將B和A當作控控制信信號，，而將將C0~C3當作數數據信信號，，如果果反過過來，，仍是是這個個電路路結構構，將將C0~C3當作邏邏輯功功能控控制信信號，，B和A作為邏邏輯數數據信信號，，我們們可以以得到到一個個非常常有趣趣地邏邏輯結結構。。例2：設計計一個個實現現四種種邏輯輯操作作的電電路，，其中中控制制信號號為K1K0，邏輯輯輸入入為A、B，當K1K0=00時，實實現A、B的與非非操作作；當當K1K0=01時，實實現A、B的或非非操作作；當當K1K0=10時，實實現A、B的異或或操作作；當當K1K0=11時，實實現A信號的的倒相相操作作；分析：：首先先，我我們可可以確確定采采用四四到一一MUX能夠實實現所所需的的四種種邏輯輯操作作，接接下來來的任任務是是產生生所需需的四四種控控制編編碼C3~C0，同時時，這這四種種控制制編碼碼又對對應了了外部部的二二位控控制信信號K1K0，因此，該該邏輯應由由兩部分組組成：編碼碼產生與控控制邏輯和和四到一的的MUX。查表4-1可知，當當實現A、、B與非操操作時，C0~C3為1110；當實現A、、B或非操操作時，C0~C3為1000；當實現A、、B異或操操作時，C0~C3為0110；當實現A信信號倒相操操作時，C0~C3為1010；A、B與非非操作時，，C0~C3為1110；A、B或非操作作時，C0~C3為1000；A、B異或或操作時，，C0~C3為0110；A信號號倒相操作作時，C0~C3為1010。4.2.2棒狀圖4.3PLA及及其拓展結結構可編程邏輯輯陣列PLA也是典型的的晶體管規規則陣列結結構，它采采用兩級ROM形式構造電電路，其兩兩級ROM陣列分別為為“與平面面”和“或或平面”，，這是源于于大多數邏邏輯表達式式采用“與與-或”結構。。它不用譯碼碼電路而直直接將輸入入變量的原原量和非量量送入晶體體管陣列。。實際的PLA結構中，““與平面””并不是由由“與門””陣列構成成，同樣的的，“或平平面”也不不是“或門門”陣列，，其兩個““平面”的的組合是以以“或非-或非”或者者“與非-與非”，或或者其他變變形結構的的陣列形式式出現。4.3.1“與與非-與非非”陣列結結構4.3.2“或非-或非”陣列列結構當用“或非非-或非”結構構PLA實現邏輯時時必須輸入入取反、輸輸出取反。。例3：用或或非-或非非結構的PLA實現現下面的邏邏輯解：這個邏邏輯函數就就是例2描描述的邏輯輯，我們在在例2中采采用的是ROM+MUX的結結構，現在在采用PLA進行設設計。首先先需將函數數化為標準準的與-或或表達式：：4.3.3多級門陣列列(MGA)MGA是在PLA基礎上變化化而成的多多級門結構構，雖然它它被稱為門門陣列，實實際上它是是多級PLA的組合，一一個最明顯顯的標志是是它對輸入入、輸出位位置的限制制。因為在每塊塊PLA中，“與平平面”只能能外部輸入入，內部輸輸出，“或或平面”只只能內部輸輸入，外部部輸出。4.4門陣列門陣列是一一種規則化化的版圖結結構。門陣陣列版圖采采用行式結結構，在單單元行內規規則的排列列著以標準準門定義的的門單元。。嚴格地講，，門陣列不不是一個實實現邏輯的的電路結構構，它是一一種版圖形形式。4.4.1門陣列單元元4.4.2整體結構設設計準則·電源、、地線必須須用鋁引線線，為了使使電源和地地線通達各各個單元，，它們應設設計成叉指指形。電源源、地線在在各單元行行的位置、、寬度必須須一致。對對于外部的的輸入、輸輸出單元的的電源和地地線的設計計采用“回回”字型型結構，以以保證電源源和地線能能夠通達到到每一個單單元。·采用垂垂直布線法法，即水平平方向用鋁鋁線作為各各單元間的的互連線。。垂直方向向用多晶硅硅條或擴散散條作為穿穿越單元行行的通信以以及鋁引線線交叉的通通道。由于于鋁線與多多晶硅條或或擴散條可可以互相跨跨越，因此此它們可以以共用同一一個布線通通道。·采用““行式結構構”，即單單元行和布布線通道間間隔排列，，這種間隔隔便于CAD軟件實實現自動布布局布線。。·用掩模版編編程的I/OPAD單元或獨立立的I/O單元位于芯芯片四周。。4.4.3門陣陣列在VLSI設計計中的應用用形式門陣列是一一種規則陣陣列形式的的版圖，與與前面介紹紹的晶體管管規則陣列列所不同的的是，在前前述的晶體體管規則陣陣列中，版版圖和電路路形式是相相關的，運運用什么樣樣的版圖必必須有配套套的電路設設計方法。。門陣列版版圖對電路路設計沒有有嚴格的要要求，可以以完全按照照人們習慣慣的設計方方式構造電電路，不必必考慮邏輯輯的表達式式應是什么么形式。門陣列在VLSI設設計中的應應用有兩類類三種主要要的應用形形式：電路路的完全實實現形式，，包括固定定門陣列和和優化門陣陣列；電路路的局部實實現形式，，即在系統統中的某一一部分電路路采用門陣陣列結構加加以實現。。顯然，在第第一類中，，VLSIC完全采采用門陣列列技術實現現設計，而而第二類僅僅僅在VLSIC中中的一部分分電路采用用了門陣列列。1.固定門陣列列固定門陣列列采用預加加工技術，，就是說，，在工廠里里預先就加加工了一些些規格化的的門陣列母母片，這些些母片已完完成了主要要的工藝流流程，母片片上已沉積積了金屬層層。所謂固固定就是固固定大小、、固定結構構、固定I/O數量量的門陣列列。固定大小就就是對某一一個預先制制作的母片片，它的門門數是固定定的，如500門、、1000門、5000門，，等等。固定結構就是是對預先制作作的母片，它它的結構，如如陣列有幾列列、每列有幾幾行、每行的的門數，行間間有多少水平平布線道、列列間有多少豎豎直布線道、、陣列外圍有有多少布線道道，等等，都都是固定的。。固定的I/O數量是指對對預先制作的的母片，它的的外圍I/O的數量、排排列方式是固固定的，電源源、地線的位位置也是固定定的。2.優化化門陣列優化門陣列是是一種不規則則的門陣列結結構，所謂不不規則是指它它的單元行的的寬度可以不不完全相同，，即每行的單單元數可以有有多有少，布布線通道的容容量可以不完完全相同。3.局部門陣列所謂局部門陣陣列就是將集集成電路中的的一部分用門門陣列結構設設計，顯然，，它屬于優化化門陣列范疇疇。4.5晶體管規則陣陣列設計技術術應用1.EPLD中的宏單元EPLD（ErasableProgramableLogicDevices）是目前應用用最為廣泛的的現場編程器器件之一。它它采用電編寫寫和電擦除的的特殊MOS器件（E2PROM器件）作為晶晶體管規則陣陣列中的單元元，實現現場場編程。2.E2PROM晶體管3.編程的概念用晶體管規則則陣列設計VLSI的過程，通常常就是“編程程”的過程。。對ROM結構，我們通通過一塊摻雜雜掩膜版編程程，如源漏摻摻雜掩膜版、、離子注入掩掩膜版等。對對開關晶體管管邏輯、PLA及其拓展結構構也采用同樣樣的方法編程程。對門陣列列，我們采用用金屬掩膜版版進行編程，，等等。9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業業貧。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。14:07:4514:07:4514:0712/29/20222:07:45PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2214:07:4514:07Dec-2229-Dec-2212、故人江海別別，幾度隔山山川。。14:07:4514:07:4514:07Thursday,December29,202213、乍乍見見翻翻疑疑夢夢，，相相悲悲各各問問年年。。。。12月月-2212月月-2214:07:4514:07:45December29,202214、他鄉鄉生白白發，，舊國國見青青山。。。29十十二二月20222:07:45下下午14:07:4512月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月222:07下下午12月-2214:07December29,202216、行動出出成果，，工作出出財富。。。2022/12/2914:07:4514:07:4529December202217、做前，能夠夠環視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。2:07:45下午2:07下下午14:07:4512月-229、沒有失敗，，只有暫時停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有結果果，但但是不不努力力卻什什么改改變也也沒有有。。。14:07:4614:07:4614:0712/29/20222:07:46PM11、成功就就是日復復一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。12月-2214:07:4614:07Dec-2229-Dec-2212、世間間成事事，不不求其其絕對對圓滿滿，留留一份份不足足，可可得無無限完完美。。。14:07:4614:07:4614:07Thursday,December29,202213、不知香積寺寺，數里入云云峰。。12月-2212月-2214:07:4614:07:46December29,202214、意志堅強的的人能把世界界放在手中像像泥塊一樣任任意揉捏。29十二月月20222:07:46下午14:07:4612月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荊門門九派派通。。。。十二月月222:07下下午午12月月-2214:07December29,202216、少年十十五二十十時，步步行奪得得胡馬騎騎。。2022/12/2914:07:4614:07:4629December202217、空山新雨雨后，天氣氣晚來秋。。。2:07:46下下午2:07下下午14:07:4612月-229、楊柳散和風風，青山澹吾吾慮。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、閱讀讀一切切好書書如同同和過過去最最杰出出的人人談話話。14:07:4614:07:4614:0712/29/20222:07:46PM11、越是是沒有有本領領的就就越加加