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MOSFET模型及MUX/DEMUX电路设计

作　者: 张少勇
导　师: 黄风义
学　校: 东南大学
专　业: 电路与系统
关键词: 器件模型 BSIM3V3 参数提取 16复接器 1分接器
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 206次
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内容摘要

大规模集成电路是现代信息技术的基础,它的设计和生产水平已成为一个国家科技水平和工业能力的集中体现。器件模型则是联系集成电路设计和生产的纽带。随着CMOS工艺的发展,MOS器件尺寸不断缩小,集成电路设计对器件模型的要求也越来越高。为了满足电路设计对电路模拟精度和效率的要求,MOSFET模型必须简单、精确,而模型参数提取是器件建模的重要组成部分。本文的研究内容包括两部分:MOS器件模型参数提取和高速数字集成电路设计。本文首先给出了各种半导体器件的结构,然后讨论了按摩尔定律发展的MOS器件,对MOS器件的各种新型结构进行了简要的介绍。接着,本文详细讨论了三种MOSFET模型参数提取方法:单器件参数提取、多器件参数提取和区域化参数提取方法。并选取BSIM3V3作为器件模型,对一组0.35um CMOS工艺器件的直流参数和部分交流参数进行了提取,并根据实验结果分析了三种方法的优缺点。作为器件模型的实际运用,文中设计了两块高速数字电路芯片:2Gb/s16:1复接器和2Gb/s1:16分接器。复接器和分解器都有三种主要的结构:串行结构、并行结构和树型结构,根据它们的不同特点,我们选用了树型结构,采用准静态逻辑实现。文中详细讨论了系统的结构选择、电路逻辑选择以及各种门电路和D触发器的设计,并给出了部分电路的仿真波形,分析了版图设计中需要注意的问题,最后给出了测试结果。本次设计采用0.18um CMOS工艺,初步的测试结果表明,芯片成功实现了复接和分接的功能。常温下,复接器和分接器的最高工作速率都可达到2.5Gb/s。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
绪论  9-11
第一章 MOSFET的发展  11-23
  1.1 半导体器件结构  11-12
  1.2 场效应晶体管的类型  12-14
  1.3 MOSFET的结构  14-16
  1.4 MOSFET的直流特性  16-17
  1.5 MOS器件等比例缩小  17-19
    1.5.1 等比例缩小规律  17-19
    1.5.2 短沟道效应和窄沟道效应  19
  1.6 新型结构CMOS器件  19-23
    1.6.1 新型衬底结构器件  20
    1.6.2 新型栅器件  20-21
    1.6.3 新型沟道器件  21-23
第二章 MOSFET模型和参数提取  23-45
  2.1 三种不同的建模方法  24-25
    2.1.1 基于电荷模型  24
    2.1.2 基于表面势模型  24
    2.1.3 基于电导模型  24-25
  2.2 BSIM模型  25-26
    2.2.1 BSIM模型的发展  25-26
    2.2.2 BSIM3 主要特点  26
  2.3 参数提取的原理和算法  26-28
  2.4 器件测试  28-30
    2.4.1 器件尺寸的选取  28-29
    2.4.2 器件的测试  29-30
  2.5 参数提取  30-44
    2.5.1 单器件参数提取  30-33
    2.5.2 多器件参数提取  33-40
    2.5.3 区域化（binning）参数提取  40-43
    2.5.4 寄生结电容参数提取  43-44
  2.6 小结  44-45
第三章 MUX/DEMUX的系统设计  45-53
  3.1 复接器的系统设计  45-48
    3.1.1 复接器的基本结构  45-46
    3.1.2 复接器的系统特征  46-47
    3.1.3 复接器的系统描述  47-48
    3.1.4 复接器芯片引脚说明  48
  3.2 分接器的系统设计  48-53
    3.2.1 分接器的基本结构  48-49
    3.2.2 分接器的系统特征  49
    3.2.3 分接器的系统描述  49-51
    3.2.4 分接器芯片引脚说明  51-53
第四章电路设计  53-68
  4.1 数字电路基础  53-54
  4.2 CMOS逻辑电路  54-58
    4.2.1 CMOS反相器  54-57
    4.2.2 CMOS传输门  57-58
  4.3 触发器的设计  58-62
    4.3.1 触发器与锁存器的区别  58-59
    4.3.2 触发器的分类及各自的优缺点  59-61
    4.3.3 触发器的性能要求  61-62
  4.4 准静态触发器结构及优化设计  62-65
    4.4.1 电路结构  62-63
    4.4.2 参数优化  63-65
  4.5 单端转双端电路设计  65
  4.6 分频器的设计  65-66
  4.7 接口电路设计  66-68
第五章电路仿真和版图设计  68-76
  5.1 电路仿真  68-71
    5.1.1 复接器仿真  68-69
    5.1.2 分接器仿真  69-71
  5.2 版图设计  71-76
    5.2.1 版图设计流程  71-72
    5.2.2 CMOS版图设计要点  72-74
    5.2.3 电路版图  74-76
第六章测试结果  76-82
  6.1 芯片测试的环境  76-77
  6.2 复接器的测试  77-78
  6.3 分接器的测试  78-82
结论  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-87

MOSFET模型及MUX/DEMUX电路设计

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