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数字集成电路习题
习题1 试证明1 阶RC 网络的传播延时等于0.69τ 。
习题2 计算反相器在一个时钟周期内,从电源消耗的能量和负载电容消耗的能量。
习题3 如图反相器链,画出图中各个节点一个周期的波形。
习题4 估算宽长比为10:1 的NMOS 在以下两种情况下,漏源间电阻大小。
习题5 以表3.5 数据为例,估算W/L=0.36um/0.24un,LD=LS=0.625um,NMOS 在以下情况
的栅源、栅漏、源衬底和漏衬底结电容。
解:VGS=VDS=2.5V,管子工作在饱和区。
2
栅沟电容CGC=W*L*Cox=0.36um*0.24um*6fF/um =0.52fF
栅与源漏区的交叠电容Cov=CGSO=CGDO=W*Co=0.36um*0.31fF/um=0.11fF
栅电容C =C +2Cov=0.52 fF +2*0.11 fF=0.74fF
G GC
栅源电容CGS=2CGC/3+Cov=2*0.52fF/3+0.11=0.46fF
栅漏电容CGD=Cov=0.11fF
管子的源区和衬底都接地,所以源衬底扩散结处于零偏状态。有
2
C =W*L *C =0.36um*0.625um*2fF/um =0.45fF
s,bottom D j0
C =(W+2L )*Cj =(0.36um+2*0.625um)*0.28um/fF=0.45fF
s,sw D sw0
CSB= Cs,bottom + Cs,sw =0.45fF+0.45fF=0.9fF
管子的漏区接2.5V,衬底接地,所以漏衬底扩散结处于反偏状态。有
C =W*L *C /(1-V /φ )mj
D,bottom D j0 D b
2 0.5
=0.36um*0.625um*2(fF/um )/[1-(-2.5V)/0.9V]
=0.23fF
C =(W+2L )*Cj /(1-V /φ )mjsw
D,sw D sw0 D bsw
=(0.36um+2*0.625um)*0.28(um/fF)/[1-(-2.5V)/0.9]0.44
=0.25fF
CDB= CD,bottom + CD,sw =0.23fF+0.25fF=0.48fF
习题6 如图所示时钟分布网络。相邻节点之间导线长5mm,宽3um,采用多晶硅实现。导
线末端负载电容100fF。
A )对于 5V 电源,从源端到末端的最大延迟5ns 的要求,计算时钟驱动需提供的平均电流
(忽略导线电阻和电感)。
B)多晶硅导线电阻计入,将每段导线用π 网络模拟,画出等效电路,并标注响应的电阻和
电容。
C )计算从驱动源端到节点R 的时间常数。
解:
A )如表4.2 ,对于5mm 长3um 宽的多晶硅导线,集总电容
Cwire=Cpp+Cfringe
=W*L*Carea+2*L*Cfringe
3 2 3
=3um*5*10 um*88aF/um +2*5*10 um*54aF/um
=1320fF+540fF
=1860fF
不考虑导线电阻和电感,则驱动器S 端看到的是各段多晶硅导线的集总电容以及导线末
端的负载电容,所有电容是并联的。可得
Cload= Cwire +Cext
= 7*1860fF+4*100fF
=13420fF
由电容特性
iC = C*dV/dt
可得
iC = 13420fF*2.5V/5ns
=6.71mA
B)如表4.5 ,多晶硅的方块电阻是150~200Ω/ □,硅化多晶硅的方块电阻是4~5Ω/ □,为
了减小导线的寄生电阻,这里采用硅化多晶硅作为互连线。对于
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