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1、版图设计实例,MOS 场效应管的版图实现 单个MOS管的版图实现 1.MOS管的结构和布局 MOS管的四种布局图,源区、沟道区和漏区合称为MOS管的有源区(Active），而有源区之外的区域定义为场区（Fox)。有源区和场区之和就是整个芯片表面。Fox+Active=Surface,芯片表面包含有源区和场区两部分,N阱CMOS集成电路使用P型衬底，NMOS管直接制作在P型衬底上，PMOS管做在N阱内。,完整的MOS管版版图必须包含两个部分：a）由源、栅和漏组成的器件；b）衬底连接。,5.1.2 MOS管阵列的版图实现 1.MOS管串联(1)两个MOS管的串联。N1的源、漏区为X和Y，N0的源、
2、漏区为Y和Z。Y是它们的公共区域，如果把公共区域合并,得到图5.7(d)所示的两个MOS管串联连接的版图。从电流的方向可以决定，当MOS管串联时，它们的电极按S-D-S-D-S-D方式连接。,(a)电路图,(b)N1版图(c)N0版图(d)N1和N0串联版图,(2)任意个MOS管串联。例如3个MOS管串联的版图。,(a)电路图,(b)版图,2.MOS管并联(并联是指它们的源和源连接，漏和漏连接，各自的栅还是独立的。)(1)栅极水平放置，节点X和Y可用金属连线连接(图b)；也可用有源区连接(图c）。,(2)栅极竖直方向排列，节点连接既可用金属导线(图b)，也可用有源区进行连接(图c）。,(3)三
3、个或三个以上MOS管并联。全部用金属进行源的连接和漏的连接(图a）,称为叉指形结构;分别用金属和有源区进行源和漏的并联连接;金属连接和有源区连接联合使用(图b）。,3.MOS管的复联 复联是MOS管先串后并和先并后串的连接。,1.CMOS门电路(1)反相器,电路图 版图1 版图2,版图1特点:多晶栅竖直排列,MOS管源区面积小,因而反相器面积也小。版图2特点:多晶栅水平排列,MOS管漏极金属与电源、地金属线之间的空档允许其它金属线通过,因水平尺寸较大而使面积稍大一些。,(2)异或门,版图1特点:多晶栅竖直放置;MOS管排成4行,第2和第4行构成或非门,第1和第3行构成与或非门.整个版图较高。,
4、版图2特点:或非门和与或非门分开布局,P管和N管各占一行。,(3)二输入端与门(and2),特点：与门由与非门和反相器串联而成，采用合并公共区域的技巧，将P管接电源的有源区公用，N管接地的有源区公用，器件的排列很紧凑，面积很小。,(4)与或非门(AOI),提示：设计AOI或OAI的版图，一定要熟练掌握MOS管串联和并联的画法后进行，看清每个MOS管的输入信号，用棍棒图画出草图后再画版图。,(5)或与非门（OAI),提示：对比AOI和OAI电路图和版图的区别和画法，巩固和熟练掌握CMOS复联电路版图的画法。,(6)全加器,版图,特点：和异或门相似，几个输入信号被几乎所有的器件公用，设计版图时要充
5、分注意这一特点。版图把A、B、C多晶分成二段且排成二列，A线在上面(靠近Vdd)转折连接，B线在下面(靠近Vss)转折连接，C线二段不能直接连接，在Vss附近用金属连接。用左面一列A、B、C多晶布局器件的串并联，右面一列A、B、C多晶布局器件的串联。整个电路分为4行，第2和第3行组成进位电路的前级，第1行和第4行组成求和电路的前级。进位与求和的输出反相器采用较大的宽长比。在版图中间一条横的金属线阻挡了进位部分串并联电路的输出从上至下进行连接，用多晶从该金属线下穿过将这段输出金属连接。,2.CMOS RAM单元及阵列(1）CMOS RAM单元,特点：版图用双层金属设计。两个反相器共源，它们的交叉
6、连接和衬底连接都用金属1，两条位线也用金属1作为连线。Vdd、Vss和W用金属2作为导线。门管的多晶栅和金属1连接，然后金属1经过通孔连接到用字线。阱和衬底的接触也经过通孔连接到Vdd和Vss。,(2)CMOS RAM阵列,特点：存储单元排成阵列时，列的方向只要求相邻单元位线的间距符合设计规则；行的布局合并了公共区域，即Vdd和Vss共用。,3.CMOS D触发器(1)无置位和复位端的D触发器,电路图,电路图中,用钟控反相器代替反相器和传输门（TG2）串联。,版图,特点：1）版图为4行结构，中间两行构成反相器，多晶从第2行延伸到第3行就形成反相器。2）第1行和第4行构成传输门，虽然被第2、3行
7、分隔开，但这两行MOS管不需要多晶共用，只用金属进行源漏连接，即使这些金属连线跨过中间两行有源区，也不会形成寄生MOS管。3）CP多晶放在Vdd线下，CPb多晶沿Vss水平布线，在中央部位，这两条多晶都从有源区的空隙分别延伸到Vdd和Vss线附近，与传输门器件的栅级连接。4）主触发器采用钟控反相器，节省一根金属连线。,(2)带置位端的D触发器,电路图,版图,特点：器件仍分为4层，CP和CPb也位于上下两边，并且在CP多晶的上方增加一条水平的多晶作为复位（R）。CPb线在水平和垂直方向的连接采用金属过渡。主触发器采用钟控或非门，节省一根金属连线。,4.CMOS放大器,分割输入器件实现四方交叉：将
8、M3变为M3a和M3b，M4变为M4a和M4b，就可以实现四方交叉，保证输入器件的对称性。,由于全部电流都要通过输入晶体管中的每一个，例如，有时整个电流完全在M3，当差分信号关断时，M3关断M4接通，整个电流又完全在M4，信号每摆动一次就切换一次，为了承受这一电流，在M3和M4之间的金属线需要达到一定的宽度，采用二条金属线连接M3和M4的源极，并且从M4b和M3b的中间向下，这样，M3导通时电流将通过M3a和M3b，即它的两半把电流向下送到中心导线。,M3和M4的宽长比很大，M3a、M3b、M4a和M4b都采用多管并联的结构。这四个MOS管的源已经连接到Metal1导线，为了避免和Metal1
9、交叉短路,M3和M4的漏极要用Metal2连接。Metal2有很多通孔和很宽的导线，使电流能够顺利通过。,为了实现对称，将M5也分割为M5a和M5b。,CMOS放大器的版图,考虑对称性，两个P管只要画一个，另一个通过复制而成。P管制作在N阱中，用N阱接触包围整个器件，并且将电源线和接触合并为一条金属线。在阱外用P衬底接触把P管整个包围起来，然后复制M2管，由于M1和M2之间有衬底接触，它们的电源线就用Metal2连接。两个器件的栅极也用Metal2连接。M1、M2与差分输入对管的连接也用Metal2，并且用衬底接触把整个版图包围。最后完成的版图，放大器的2个输入从左边进入，2个输出从上方送出。,
