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一种基于CMOS工艺的电平转换芯片 周子昂 ，吴定允，徐坤，张利红 （周口师范学院物理与电子工程系，河南 周口 466001） 摘要：基于CSMC 2P2M 0.6μm CMOS工艺设计了一种06mixddct02v24）仿真，基于CSMC 2P2M 0.6μm CMOS工艺完成版图设计，并在一款多功能数字芯片上使用，版图面积为1mm×1mm，并参与MPW（多项目晶圆）计划流片，流片测试结果表明，芯片满足设计目标。 关键词：CMOS工艺；电平转换芯片；版图设计 A Level Conversion Chip in CMOS Process ZHOU Ziang，WU Dingyun， XU Kun，ZHANG Lihong (Department of Physics and Electronics Engireering,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466001,China) Abstract: A level conversion chip is designed based on CSMC 2P2M 0.6μm CMOS process. The circuit is simulated using Hspice and the process of the CSMC 2P2M 0.6μm CMOS (06 mixddct02v24), the layout is based on CSMC 2P2M 0.6μm CMOS and is used in a Multi-functional Digital Chip, The chip area is 1mm×1mm. The design has been successfully implemented by participating in the plan of the Multi Project Wafer.Measurements indicate that the wafer achieves the expected goals. Key words: CMOS Process; Level Conversion Chip; Layout Design 1 引言 随着CMOS集成电路产业的高速发展，越来越多的CMOS芯片应用在各种电子产品中，但是在电子产品系统的设计过程中，常常会遇到TTL电平和CMOS电平的兼容性问题，在设计电子系统时考虑到芯片的兼容性，要求芯片能接受TTL电路的输出电平。一般TTL电路的逻辑电平是：VOH=2.4V，VOL=0.4V，考虑到外界噪声和其他因素影响，在5V电源电压下要求CMOS电路能接受的最坏情况输入电平范围是：VIHmin=2.0V，VILmax=0.8V。这样的电平如果直接送入CMOS电路的输入端，可能使电路无法正常操作，因为VILmax会使NMOS管导通，而VIHmin也会使PMOS管导通。因此需要一个电平转换电路把很差的输入电平转换成合格的CMOS逻辑电平，再送入其他CMOS电路。 本文首先对传统的电平转换电路的工作原理和优缺点进行分析，最后基于CSMC 2P2M 0.6μm CMOS工艺，进行了一种新的电平转换电路的设计，并应用在一款多功能数字芯片上参与MPW计划流片。 2 电路设计 传统的的电平转换电路一般包括以下两种形式：倒比缓冲器电路；CMOS施密特触发器电路[1,2,3,4,5,6]。 2.1 由倒比缓冲器构成的电平转换电路 所谓倒闭缓冲器就是一个特殊设计的CMOS反相器，只要把它的逻辑阈值设计在输入高、低电平之间，即 (1) Vit为1.4V左右，就可以实现TTL电平到CMOS电平的转换。如果VDD=5V，VTN= -VTP=0.8V，则要求CMOS反相器中NMOS管和PMOS管的导电因子比例Kr为： (2) (3) 由于μn≈2μp，这就要求WN/WP=11也就是说倒比缓冲器中的NMOS管要取较大的宽度，这样可以使CMOS反相器的直流电压传输特性曲线更快的下降，使输入为VIHmin时，输出有较低的低电平。所以利用倒比反相器电路实现电平转换时需将宽长比设计成N管为P管的l1倍，不仅占用面积而且功耗较大。 2.2 由CMOS施密特触发器构成的电平转换电路 CMOS施密特触发器电路同样可以实现电平转换。施密特触发器（Schmitt trigger）是一种阈值转换电路，它有两个阈值电平。当输入信号从低电平向高电平变化，输出从高电平向低电平变化时，输入必须大于阈值电平V+才能使输出电平变低；当输入从高电平向低电