l逻辑IC功能和参数测试.docxVIP

电子科技大学微电子与固体电子学院 实 验 报 告课程名称 集成电路原理 电子科技大学教务处制表电 子 科 技 大 学实 验 报 告学生姓名:连亚涛/王俊颖(2011031010032/0007)指导教师:王向展实验地点：211楼306 实验时间：2014.6一、实验室名称： 微电子技术实验室二、实验项目名称：逻辑IC功能和参数测试三、实验学时：4四、实验原理1．MOSIC静态功耗(也称维持功耗)PDD MOSIC的静态功耗是：当输入端为固定的逻辑电乎，输出端空载，输出状态固定不变时电路所消耗的能量。静态功耗是温度的函数。由于静态时从电源到地没有直流通路，MOSIC静态功耗很小，它只取决于漏电情况。2．输出高电平VOH(低电平VOL)，输入高电平VIH(低电平VIL) (1)当输入端为固定的VCC或VSS，输出端空载时，所输出的固定电平称为输出高电平VOH及输出低电平VOL。 (2)当输出端维持应有的VOH和VOL时，输入端所能输入的最小高电平VIH或最大低电平VIL。 VOH(VOL)越接近VCC(VSS)，VIH(VIL)越远离VCC(VSS)，其电路性能越好。3．逻辑功能和最高工作频率fMAX (1)先根据被测的IC应有的逻辑功能确定输入波形的时序，搭一个相应的测试电路产生这些输入波形并把共送入被测IC的输入端，用示波器或逻辑分析仪测试输入输出波形所对应的时序关系。 (2)最高工作频率fMAX取决于电路各级在动态工作中的充放电速度。在额定的负载下，保持正确的逻辑关系和额定的波形幅度，电路所能承受的输入脉冲的频率为fMAX。4．工作功耗PW 静态功耗和动态功耗的总和为电路的工作功耗。 （1）动态功耗包括瞬态功耗PT和交变功耗PA。其中PT是在动态工作中电源对电容（包括级间栅电容、pn结电容和输出级负载电容等）的充放电所消耗的能量。 （2）PA是由于在交变时波形的上升沿和下降沿使得电路从VCC到VSS有直流通路而消耗的能量。 （3）动态功耗是无法单独测试的，而对于CMOS电路由于PDD很小，因此 （4）在固定负载情况下它与工作频率成正比，在固定工作频率时，它与负载电容成正比。5、延迟时间td延迟时间td反映电路某输出端对其输入端变化的响应速度，它的定义如图1所示。 （5）6、输出驱动能力(1)输出级对电容负载的驱动能力用td／1pF表示，即单位负载电容的增加对输出级延迟时间的影响。这个值越小，说明电路容性负载能力越强。测试和计算用式 （6）(2)输出级对电流负载的驱动能力用拉、灌电流表示。灌电流IOL——在满足输出端额定的最大输出低电平VOLmax时，从输出端到VSS向电路所灌电流的最大值。拉电流IOH——在满足输出端额定的最小输出高电平VOHmin时，从输出端到VCC从电路拉出电流的最大值。IOL和IOH越大，说明电路的电流负载能力越强。7、输入电流IIN输入湍接固定的VCC(或VSS)，从输入端至电路的VSS(或VCC)端所通过的电流即为输入电流IIN。MOSIC的输入电流取决于栅的漏电和保护电路中pn结漏电等。因IIN很小，无法用万用表直接测量，可以在输入端串联一个很小的采样电阻RA，此时，通过RA和万用表的输入电阻RIN的电流相等。因此图1延迟时间定义图2 输入电流测试原理五、实验目的与意义本实验的目的是熟悉MOSIC的功能和参数的物理意义，掌握其测试方法。测试包括MOSIC的逻辑功能、最高工作频率、静态功耗、工作功耗、输入高(低)电乎、输出高(低)电平、输入电流、输出驱动能力及延迟时间等。通过该实验，使学生对课程中所学到的MOS数字IC主要参数表征及其含义有更深入的理解，并加深对其的感性认识，增强学生的实验与综合分析能力，掌握MOS数字IC测试技术的基本方法，进而为今后从事科研、开发工作打下良好基础。六、实验内容1、测试室温下高速CMOS异或门74HC86的静态功耗，并与相同功能的双极电路74LS86静态功耗对比。2、测得74HC86的输入高电平和低电平，输出高电平和低电平。3、测得低速CMOS异或门CD4030的逻辑功能和负载电容为15pF时的最高工作频率。4、测得CD4030的工作功耗及其和频率的关系。5、测得CD4030和74HC86的延迟时间，并进行比较。七、实验仪器与器材（1）直流稳压电源 一台（2）数字双踪示波器* 一台（3）信号发生器 一台（4）实验测试板及连接线 一套（5）常见通用MOS数字IC样品 若干 八、实验步骤1．MOSIC静态功耗（1）按图3连接测试线路，每个输入端必须接VCC或VSS 。（2）稳压源调至5V，电流表置最小量程，记录稳定电流值。将A4、B4与VSS断开，观测电流。（3）用74LS86代替74HC86重复以上实验。图3 静态功耗测