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1、第七章雙極型邏輯集成電路第七章雙極型邏輯集成電路 思考題思考題1.各種結(jié)構(gòu)的各種結(jié)構(gòu)的TTL與非門單元電路各自的與非門單元電路各自的特點(diǎn)是什么？特點(diǎn)是什么？2.各種結(jié)構(gòu)的各種結(jié)構(gòu)的TTL與非門單元電路中各個(gè)與非門單元電路中各個(gè)元器件的作用是什么？元器件的作用是什么？3.什么是什么是OC門？它解決了什么問(wèn)題？門？它解決了什么問(wèn)題？2009-3-15 韓韓 良良27.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門1.結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理VCCFR2R1ABCT1T2開(kāi)態(tài)：輸入全為高電平或浮空開(kāi)態(tài)：輸入全為高電平或浮空F=A.B.C T1 反向有源反向有源 T2 飽和飽和 輸出低電平輸出低電平關(guān)

2、態(tài)：輸入有低電平關(guān)態(tài)：輸入有低電平 T1 深飽和深飽和 T2 截止截止 輸出高電平輸出高電平()OLRCESOOLIIrVV+=22CES2OHCCOHIRVV2=2009-3-15 韓韓 良良37.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門 2.電壓傳輸特性電壓傳輸特性VCCFR2R1ABCT1T201234VoVi0.80.4單位單位:VF=A.B.C2009-3-15 韓韓 良良47.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門3.抗干擾能力抗干擾能力VCCFR2R1ABCT1T201234VoVi0.80.4單位單位:VVILVIHVOLVLVWVOLVNMLVOHVNMH 從電壓傳輸特

3、性上可以看從電壓傳輸特性上可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)偏離正常的到，當(dāng)輸入信號(hào)偏離正常的低低(高高)電平而升高電平而升高(或降低或降低)時(shí)，時(shí)，輸出的高輸出的高(低低)電平并不是立刻電平并不是立刻改變。因此，允許輸入的高、改變。因此，允許輸入的高、低電平信號(hào)各有一個(gè)波動(dòng)范低電平信號(hào)各有一個(gè)波動(dòng)范圍。在保證輸出高、低電平圍。在保證輸出高、低電平基本不變的條件下，輸入電基本不變的條件下，輸入電平的允許波動(dòng)范圍稱為輸入平的允許波動(dòng)范圍稱為輸入端噪聲容限。端噪聲容限。VOH2009-3-15 韓韓 良良501234VoVi0.80.4單位單位:VVOLVNMLVOHVNMHVDDVOHminVSSVOLmax

4、VILmaxVIHminVNMLmaxVNMHmax7.1.1 兩管單元兩管單元TTL與非門與非門4.瞬態(tài)特性瞬態(tài)特性VCCFR2R1ABCT1T2截止過(guò)程：截止過(guò)程：由于多射極晶體管由于多射極晶體管T1的反抽作的反抽作用，用，T2迅速截止，輸出電平上迅速截止，輸出電平上升速度主要取決于升速度主要取決于IR2和負(fù)載電和負(fù)載電容的大小。一般速度較快。容的大小。一般速度較快。導(dǎo)通過(guò)程導(dǎo)通過(guò)程:導(dǎo)通速度取決于輸出晶體管導(dǎo)通速度取決于輸出晶體管T2基極驅(qū)動(dòng)電流和負(fù)載電容基極驅(qū)動(dòng)電流和負(fù)載電容大小。前者一般較小，導(dǎo)通大小。前者一般較小，導(dǎo)通速度慢。速度慢。2009-3-15 韓韓 良良77.1.1 兩管

5、單元兩管單元TTL與非門與非門5.常用單元電路形式常用單元電路形式VCC（a）VCC（b）VCC（c）圖圖(b)提高了本級(jí)門低電平抗干擾能力，同時(shí)也提高了本級(jí)門低電平抗干擾能力，同時(shí)也使輸出低電平抬高。因此對(duì)后級(jí)門有一定要求。使輸出低電平抬高。因此對(duì)后級(jí)門有一定要求。圖圖(c)輸出高電平被箝位，使輸出邏輯擺幅變低，輸出高電平被箝位，使輸出邏輯擺幅變低，提高電平轉(zhuǎn)換速度。靜態(tài)功耗將增大。提高電平轉(zhuǎn)換速度。靜態(tài)功耗將增大。2009-3-15 韓韓 良良87.1.1兩管兩管TTL與非門與非門6.多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)VCCFR2R1ABCT1T2降低多發(fā)射極晶體管降低多發(fā)射極晶體管

6、T1反反向漏電流的重要性向漏電流的重要性 當(dāng)輸入端全接高電平時(shí)，當(dāng)輸入端全接高電平時(shí)，多發(fā)射極晶體管多發(fā)射極晶體管T1反向有源工反向有源工作，輸入端產(chǎn)生與作，輸入端產(chǎn)生與T1基極電流基極電流成正比的輸入漏電流，會(huì)引起成正比的輸入漏電流，會(huì)引起前級(jí)輸出的高電平下降，嚴(yán)重前級(jí)輸出的高電平下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起邏輯錯(cuò)誤。時(shí)會(huì)引起邏輯錯(cuò)誤。2009-3-15 韓韓 良良9BCE 晶體管晶體管反向有源時(shí)，集電結(jié)正偏，基區(qū)寄生電反向有源時(shí)，集電結(jié)正偏，基區(qū)寄生電阻在基區(qū)引起電位差，基極電流很少進(jìn)入內(nèi)基區(qū)，阻在基區(qū)引起電位差，基極電流很少進(jìn)入內(nèi)基區(qū)，即引起晶體管效應(yīng)的基極電流很小，因而產(chǎn)生的反即引起晶體管效應(yīng)的

7、基極電流很小，因而產(chǎn)生的反向漏電流很小。向漏電流很小。長(zhǎng)脖子基區(qū)減小反向漏電流原理長(zhǎng)脖子基區(qū)減小反向漏電流原理BAC7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門6.多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)2009-3-15 韓韓 良良10長(zhǎng)脖子基區(qū)多發(fā)射極晶體管版圖長(zhǎng)脖子基區(qū)多發(fā)射極晶體管版圖長(zhǎng)脖子基區(qū)長(zhǎng)脖子基區(qū)長(zhǎng)脖子基區(qū)通常選取長(zhǎng)脖子基區(qū)通常選取23方（約方（約500歐姆）歐姆）等位接觸等位接觸 為了使多個(gè)發(fā)射區(qū)處為了使多個(gè)發(fā)射區(qū)處于相同的基區(qū)電位，于相同的基區(qū)電位，在多個(gè)發(fā)射區(qū)旁應(yīng)設(shè)在多個(gè)發(fā)射區(qū)旁應(yīng)設(shè)計(jì)基區(qū)等位孔并用金計(jì)基區(qū)等位孔并用金屬覆蓋。屬覆蓋。7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門 6.多發(fā)

8、射極晶體管的設(shè)計(jì)多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)2009-3-15 韓韓 良良11 晶體管晶體管反向有源時(shí)，集電結(jié)正偏，由于肖特基反向有源時(shí)，集電結(jié)正偏，由于肖特基二極管正向壓降低對(duì)集電結(jié)進(jìn)行鉗位，基極電流被二極管正向壓降低對(duì)集電結(jié)進(jìn)行鉗位，基極電流被旁路掉，不會(huì)產(chǎn)生的反向漏電流。只有當(dāng)基極電流旁路掉，不會(huì)產(chǎn)生的反向漏電流。只有當(dāng)基極電流較大時(shí)才會(huì)有一部分流入基區(qū)產(chǎn)生的反向漏電流。較大時(shí)才會(huì)有一部分流入基區(qū)產(chǎn)生的反向漏電流。肖特基晶體管減小反向漏電流原理肖特基晶體管減小反向漏電流原理P-SubN-epiP+P+PN+N+EBC7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門 6.多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)多發(fā)射極晶體管的設(shè)

9、計(jì)2009-3-15 韓韓 良良12肖特基多發(fā)射極晶體管版圖肖特基多發(fā)射極晶體管版圖肖特基二極管肖特基二極管等位接觸等位接觸 為了使多個(gè)發(fā)射區(qū)處為了使多個(gè)發(fā)射區(qū)處于相同的基區(qū)電位，于相同的基區(qū)電位，在多個(gè)發(fā)射區(qū)旁應(yīng)設(shè)在多個(gè)發(fā)射區(qū)旁應(yīng)設(shè)計(jì)基區(qū)等位孔并用金計(jì)基區(qū)等位孔并用金屬覆蓋。屬覆蓋。7.1.1兩管兩管TTL與非門與非門 6.多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)多發(fā)射極晶體管的設(shè)計(jì)2009-3-15 韓韓 良良137.1.2 三管單元三管單元TTL與非門與非門1.結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理VCCFR2R1ABCR3T1T2T3D開(kāi)態(tài)：輸入全為高電平或浮空開(kāi)態(tài)：輸入全為高電平或浮空T1 反向有源，反向有源，T

10、2、T3飽和飽和關(guān)態(tài)：輸入有低電平關(guān)態(tài)：輸入有低電平T1 深飽和，深飽和，T2、T3截止截止CES3OLVV=輸出低電平輸出低電平輸出高電平輸出高電平R2CCOHIRVV2-=-VD2009-3-15 韓韓 良良14VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT2的作用：提高抗干擾能力的作用：提高抗干擾能力 加快了導(dǎo)通速度加快了導(dǎo)通速度 影響了截止速度影響了截止速度D 的作用：加快的作用：加快T3退飽和退飽和(截止截止)控制控制T3飽和度飽和度R3 的作用：為的作用：為T3提供泄放通路提供泄放通路 （加快截止，對(duì)導(dǎo)通不利）（加快截止，對(duì)導(dǎo)通不利）扇出能力差，速度慢，扇出能力差，速度慢，容性負(fù)載能力

11、差容性負(fù)載能力差7.1.2 三管單元三管單元TTL與非門與非門2.特點(diǎn)特點(diǎn)2009-3-15 韓韓 良良157.1.2 三管單元三管單元TTL與非門與非門3.常用單元電路形式常用單元電路形式VCCFT1RT3VCCFVCCF（a）（b）（c）圖圖(b)輸出高電平被箝位輸出高電平被箝位 降低輸出的邏輯擺幅降低輸出的邏輯擺幅圖圖(c)將二極管將二極管D改為電阻改為電阻R。R=0時(shí)時(shí),T3不飽和，速度快，但低電平驅(qū)動(dòng)差。不飽和，速度快，但低電平驅(qū)動(dòng)差。R=時(shí)，屬于時(shí)，屬于OC門，速度慢，低電平驅(qū)動(dòng)強(qiáng)。門，速度慢，低電平驅(qū)動(dòng)強(qiáng)。一般可取一般可取R=100（抗飽和與非門）（抗飽和與非門）三管單元仍沒(méi)能被

12、以單塊集成電路形式應(yīng)用三管單元仍沒(méi)能被以單塊集成電路形式應(yīng)用到市場(chǎng)，而是常作簡(jiǎn)化邏輯單元電路被應(yīng)用在中到市場(chǎng)，而是常作簡(jiǎn)化邏輯單元電路被應(yīng)用在中大規(guī)模集成電路中。大規(guī)模集成電路中。2009-3-15 韓韓 良良167.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4 設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓VCC=5V,輸入信號(hào)的高、低電平輸入信號(hào)的高、低電平分別為分別為VIH=3.4V,VIL=0.2V。PN結(jié)的開(kāi)啟結(jié)的開(kāi)啟電壓電壓VON=0.7V。當(dāng)輸入有低電平時(shí)，當(dāng)輸入有低電平時(shí)，如如VA=VIL,T1發(fā)射結(jié)必發(fā)射結(jié)必然導(dǎo)通，導(dǎo)通后然導(dǎo)通，導(dǎo)通后T1的基的基極電位被

13、鉗在極電位被鉗在 VB1=VIL+VON=0.9V2009-3-15 韓韓 良良177.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4 因此因此T2的發(fā)射結(jié)不的發(fā)射結(jié)不會(huì)導(dǎo)通。由于會(huì)導(dǎo)通。由于T1的集電的集電極回路電阻是極回路電阻是R2和和T2的的B-C結(jié)反向電阻之和，結(jié)反向電阻之和，阻值非常大，因而阻值非常大，因而T1工工作在深飽和區(qū)作在深飽和區(qū),VCE(sat)=0V。T2截至，截至，Vc2為高電平，為高電平，VE2為低為低電平，從而電平，從而T3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，T4截至，輸出高電平。截至，輸出高電平。R2CCOHIRVV2=VD Vbe32009

14、-3-15 韓韓 良良187.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4 當(dāng)輸入全為高電平當(dāng)輸入全為高電平VIH時(shí)，如果不考慮時(shí)，如果不考慮T2的的存在，則應(yīng)有存在，則應(yīng)有VB1=VIH+VON=4.1V。而由于。而由于T2和和T4的存在，的存在，T2和和T4的發(fā)的發(fā)射結(jié)必然同時(shí)導(dǎo)通。射結(jié)必然同時(shí)導(dǎo)通。VB1被鉗在被鉗在2.1V，T2導(dǎo)通導(dǎo)通使使Vc2降低而降低而VE2升高，升高，導(dǎo)致導(dǎo)致T3 截至，截至，T4導(dǎo)通，導(dǎo)通，輸出低電平。輸出低電平。CES4OLVV=2009-3-15 韓韓 良良197.1.3 四管單元四管單元TTL與非門與非門VC

15、CFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4T3、T4：構(gòu)成推挽輸出，負(fù)載構(gòu)成推挽輸出，負(fù)載能力加強(qiáng)能力加強(qiáng)二極管二極管D：防止防止T3、T4同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)導(dǎo)通SN54/74和和SN54L/74L系列系列電阻電阻R4：起限流作用起限流作用2009-3-15 韓韓 良良207.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCR3T1T2T3DT4R4四管單元與非門在輸出四管單元與非門在輸出端從低電平向高電平轉(zhuǎn)端從低電平向高電平轉(zhuǎn)換的瞬間，從電源經(jīng)換的瞬間，從電源經(jīng)R4、T3、D到到T4有瞬態(tài)大電有瞬態(tài)大電流流過(guò)，因而在二極管流流過(guò)，因而在二極管D的的PN結(jié)有大量的存儲(chǔ)結(jié)有大量的存儲(chǔ)

16、電荷，由于在線路上沒(méi)電荷，由于在線路上沒(méi)有泄放回路，這些電荷有泄放回路，這些電荷只能靠管子本身的復(fù)合只能靠管子本身的復(fù)合消失，影響開(kāi)關(guān)速度。消失，影響開(kāi)關(guān)速度。2009-3-15 韓韓 良良217.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門1.結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)及工作原理VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4開(kāi)態(tài)：輸入全為高電平或浮空開(kāi)態(tài)：輸入全為高電平或浮空T1 反向有源，反向有源，T2、T5飽和飽和T3正向?qū)ǎ驅(qū)?，T4截止截止關(guān)態(tài)：輸入有低電平關(guān)態(tài)：輸入有低電平T1 深飽和，深飽和，T2、T5截止，截止，T3、T4正向?qū)ㄕ驅(qū)ㄝ敵龈唠娖捷敵龈唠娖紺ES5OLVV

17、=輸出低電平輸出低電平R2CCOHIRVV2-=-Vbe4-Vbe32009-3-15 韓韓 良良227.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門2.特點(diǎn)特點(diǎn)VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4T3、T4構(gòu)成達(dá)林頓管，代構(gòu)成達(dá)林頓管，代替四管單元的替四管單元的T3和和D，T4的的VBE同時(shí)起到電平位移作用，同時(shí)起到電平位移作用，但由于此時(shí)但由于此時(shí)VCB4=VCE30，T4不進(jìn)入飽和，所以不進(jìn)入飽和，所以T4導(dǎo)通時(shí)基區(qū)的存儲(chǔ)電荷大導(dǎo)通時(shí)基區(qū)的存儲(chǔ)電荷大大減小，而且大減小，而且T4的基極有的基極有R4泄放電阻，可在倒相時(shí)泄泄放電阻，可在倒相時(shí)泄放存儲(chǔ)電荷，因而提高了放存儲(chǔ)電荷

18、，因而提高了電路的工作速度。電路的工作速度。2009-3-15 韓韓 良良237.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門2.特點(diǎn)特點(diǎn)VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4而且，達(dá)林頓管射隨器的而且，達(dá)林頓管射隨器的電流增大，輸出電阻小，電流增大，輸出電阻小，有利于對(duì)負(fù)載電容的充電。有利于對(duì)負(fù)載電容的充電。從而提高了電路的工作速?gòu)亩岣吡穗娐返墓ぷ魉俣?，也增大了電路高電平度，也增大了電路高電平輸出時(shí)的負(fù)載能力。輸出時(shí)的負(fù)載能力。2009-3-15 韓韓 良良247.1.4 五管單元五管單元TTL與非門與非門2.特點(diǎn)特點(diǎn)VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4T3

19、、T4：達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)：達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，加強(qiáng) 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)T5與與T3、T4：構(gòu)成推挽輸出，：構(gòu)成推挽輸出，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力；加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力；電阻電阻R4：為：為T4提供泄放電提供泄放電 荷通路；荷通路；電阻電阻R5：起限流作用。：起限流作用。SN54H/74H系列系列 做內(nèi)部驅(qū)動(dòng)門時(shí)，可以做內(nèi)部驅(qū)動(dòng)門時(shí)，可以取取R5=0,以便加快速度以便加快速度2009-3-15 韓韓 良良257.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門四管和五管與非門電路中，四管和五管與非門電路中，輸出管輸出管T5的基極回路由電阻的基極回路由電阻R3構(gòu)成。當(dāng)輸入電壓構(gòu)成。當(dāng)輸入電壓Vi0.55V時(shí)，時(shí)，T2管開(kāi)始導(dǎo)通，管開(kāi)始導(dǎo)通，

20、而此時(shí)而此時(shí)T5管尚未導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)管尚未導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)下圖紅線段的線性區(qū)。下圖紅線段的線性區(qū)。VCCFR2R1ABCR3T1T2T3T4R5T5R4ViVo00.6v1.3v斜率斜率=R2R3三、四、五管單元三、四、五管單元2009-3-15 韓韓 良良267.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門由于電壓傳輸特性曲線上出由于電壓傳輸特性曲線上出現(xiàn)了線性區(qū)。使電路的抗干現(xiàn)了線性區(qū)。使電路的抗干擾能力下降。而且在電路導(dǎo)擾能力下降。而且在電路導(dǎo)通的瞬間，由于通的瞬間，由于R3的存在，的存在，分走了部分分走了部分T5的基極驅(qū)動(dòng)電的基極驅(qū)動(dòng)電流，使下降時(shí)間延長(zhǎng)。流，使下降時(shí)間延長(zhǎng)。VCCFR2R1ABC

21、R3T1T2T3T4R5T5R4ViVo00.6v1.3v斜率斜率=R2R3三、四、五管單元三、四、五管單元2009-3-15 韓韓 良良277.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6T6,Rb,Rc構(gòu)成有源泄放網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成有源泄放網(wǎng)絡(luò)代替代替R3，由于，由于Rb的存在，使的存在，使T6管比管比T5管晚導(dǎo)通，所以管晚導(dǎo)通，所以T2管的發(fā)射極電流全部灌入管的發(fā)射極電流全部灌入T5管的基極，使管的基極，使T2和和T5管幾乎管幾乎同時(shí)導(dǎo)通，改善了電壓傳輸同時(shí)導(dǎo)通，改善了電壓傳輸特性。提高了抗干擾能力。特性。提高了抗干擾能力。ViVo00.

22、6v1.3v斜率斜率=R2R3三、四、五管單元三、四、五管單元有源泄放網(wǎng)絡(luò)有源泄放網(wǎng)絡(luò)在在TTL后后續(xù)系列電路中被廣泛采用續(xù)系列電路中被廣泛采用 2009-3-15 韓韓 良良287.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6而當(dāng)而當(dāng)T5管導(dǎo)通飽和后，管導(dǎo)通飽和后，T6管管也逐漸導(dǎo)通并進(jìn)入飽和，對(duì)也逐漸導(dǎo)通并進(jìn)入飽和，對(duì)T5管進(jìn)行分流，使管進(jìn)行分流，使T5管的飽管的飽和度變淺，超量存儲(chǔ)電荷變和度變淺，超量存儲(chǔ)電荷變小，因而小，因而T5管退出飽和的速管退出飽和的速度得到提高。度得到提高。在截止的瞬態(tài)，由于在截止的瞬態(tài)，由于T6的基的基

23、極沒(méi)有泄放回路，完全靠復(fù)極沒(méi)有泄放回路，完全靠復(fù)合消除存儲(chǔ)電荷所以合消除存儲(chǔ)電荷所以T6管比管比T5管晚截止，使管晚截止，使T5管有一個(gè)管有一個(gè)很好的泄放回路而很快脫離很好的泄放回路而很快脫離飽和，提高了電路的工作速飽和，提高了電路的工作速度。度。有源泄放網(wǎng)絡(luò)有源泄放網(wǎng)絡(luò)在在TTL后后續(xù)系列電路中被廣泛采用續(xù)系列電路中被廣泛采用 2009-3-15 韓韓 良良297.1.5 六管單元六管單元TTL與非門與非門VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6有源泄放網(wǎng)絡(luò)有源泄放網(wǎng)絡(luò)(T6 Rb Rc)1.縮短導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間，縮短導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間，提高了速度。提高了速度。2.同

24、時(shí)使電壓傳輸特性曲線同時(shí)使電壓傳輸特性曲線矩形化，增強(qiáng)抗干擾能力。矩形化，增強(qiáng)抗干擾能力。有源泄放網(wǎng)絡(luò)在有源泄放網(wǎng)絡(luò)在TTL后續(xù)后續(xù)系列電路中被廣泛采用。系列電路中被廣泛采用。3.降低了功耗降低了功耗2009-3-15 韓韓 良良307.1.6 STTL與非門與非門 在六管單元基礎(chǔ)上，在六管單元基礎(chǔ)上，將進(jìn)入飽和區(qū)工作的晶將進(jìn)入飽和區(qū)工作的晶體管都加上肖特基二極體管都加上肖特基二極管箝位（采用抗飽和晶管箝位（采用抗飽和晶體管），減少存儲(chǔ)電荷，體管），減少存儲(chǔ)電荷，提高速度。但提高速度。但VOL略有略有上升。上升。VCCFR2R1ABCRbT1T2T3T4R5T5R4RcT6 SN54S/74S

25、系列系列2009-3-15 韓韓 良良317.1.7 LSTTL與非門與非門1.結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) SN54LS/74LS系列系列1.將多射極晶體管改為肖將多射極晶體管改為肖特基二極管特基二極管(響應(yīng)快響應(yīng)快)，提，提高速度，減小高速度，減小IIH。但是抗。但是抗干擾能力下降。干擾能力下降。2.將電阻將電阻R4由接地改為接由接地改為接輸出，降低功耗。輸出，降低功耗。在在STTL單元基礎(chǔ)上改進(jìn)：?jiǎn)卧A(chǔ)上改進(jìn)：3.將所有電阻阻值加大，降將所有電阻阻值加大，降低功耗。犧牲一定速度。低功耗。犧牲一定速度。CRbVCCFR2R1ABT2T3T4R5T5R4RcT64.增加兩個(gè)反饋二極管，加增加兩個(gè)反

26、饋二極管，加快負(fù)載電容放電，并加快快負(fù)載電容放電，并加快T5管導(dǎo)通，提高速度。管導(dǎo)通，提高速度。2009-3-15 韓韓 良良327.1.7 LSTTL與非門與非門2.輸入端改進(jìn)輸入端改進(jìn) SN54ALS/74ALS系列系列VCCR1ABCT2提高抗干提高抗干擾能力擾能力提高泄提高泄放速度放速度ABCT2VCCR1極大地減小極大地減小了輸入端路了輸入端路電流電流IIL2009-3-15 韓韓 良良337.1.8 TTL OC門（門（Open Collector）YVCCVCCVCC 如右圖所示，普通如右圖所示，普通TTL電電路在進(jìn)行路在進(jìn)行“線與線與”時(shí)，如果時(shí)，如果有兩個(gè)輸出為高電平，另一有

27、兩個(gè)輸出為高電平，另一個(gè)輸出為低電平，則會(huì)有很個(gè)輸出為低電平，則會(huì)有很大的電流灌向輸出低電平的大的電流灌向輸出低電平的電路。電路。這個(gè)電流的數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)這個(gè)電流的數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作時(shí)的電流，超過(guò)正常工作時(shí)的電流，可能使門電路損壞。采用可能使門電路損壞。采用OC門可以解決此問(wèn)題。門可以解決此問(wèn)題。2009-3-15 韓韓 良良347.1.8 TTL OC門（門（Open Collector）1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)VCCFR1ABCT1T2VCCFR2R1ABCR3T1T2T3VCCFR2R1ABCRbT1T2T5RcT62009-3-15 韓韓 良良357.1.8 TTL OC門（門（Open

28、Collector）2.基本應(yīng)用基本應(yīng)用YRLVCCVCCVCCVCCYVCCVCCVCC2009-3-15 韓韓 良良367.1.9 TTL 三態(tài)門三態(tài)門輸出有三種狀態(tài)：輸出有三種狀態(tài)：0,1,Z 當(dāng)當(dāng)OC門的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，門的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，由于沒(méi)有一般與非門的有源上拉作用，驅(qū)動(dòng)由于沒(méi)有一般與非門的有源上拉作用，驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載只能通過(guò)數(shù)值較大的上拉電阻來(lái)實(shí)容性負(fù)載只能通過(guò)數(shù)值較大的上拉電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以速度慢，負(fù)載能力差。現(xiàn)，所以速度慢，負(fù)載能力差。可以采用三態(tài)邏輯門電路。可以采用三態(tài)邏輯門電路。2009-3-15 韓韓 良良377.1.9 TTL 三態(tài)門三態(tài)門輸出有三種

29、狀態(tài)：輸出有三種狀態(tài)：0,1,ZVCCMGVCCFAB基本門基本門控制門控制門CDFABEBUSG1G2G3應(yīng)用示例應(yīng)用示例2009-3-15 韓韓 良良387-2 單管邏輯門電路單管邏輯門電路2009-3-15 韓韓 良良39 思考題思考題1.單管邏輯門的工作原理是什么？單管邏輯門的工作原理是什么？2.單管邏輯門運(yùn)用特點(diǎn)是什么？級(jí)連時(shí)單管邏輯門運(yùn)用特點(diǎn)是什么？級(jí)連時(shí)應(yīng)注意什么？應(yīng)注意什么？2009-3-15 韓韓 良良407.2.1 單管禁止門單管禁止門A為為0時(shí)，禁止時(shí)，禁止B信號(hào)信號(hào)B為為1時(shí)，禁止時(shí)，禁止A信號(hào)信號(hào)VCCRLTABFABF001011100111F=A BABFABF2

30、009-3-15 韓韓 良良417.2.2 單管串級(jí)與非門單管串級(jí)與非門 與單管禁止門相比較：由與單管禁止門相比較：由單發(fā)射極改為多發(fā)射極，多發(fā)單發(fā)射極改為多發(fā)射極，多發(fā)射級(jí)的輸入信號(hào)之間是射級(jí)的輸入信號(hào)之間是“與與”的關(guān)系。的關(guān)系。VCCRLTABFCF=A BCABFC2009-3-15 韓韓 良良427.2.3 單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展 1.C1-E2 連接連接F1=A1 B1 C1 VCCRLB2F2A1B1C1A2F1=A2 A1 B1 C1+A2 B2F2A2B1C1B2A1F2=A2 B2 F1 2009-3-15 韓韓 良良437.2.3 單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展單

31、管邏輯門的邏輯擴(kuò)展2.C1-C2“線與線與”F=A1 B1 C1 +A2 B2 C2 FA1B2C2A2C1B1VCCRLFA1B1C1A2B2C22009-3-15 韓韓 良良447.2.3 單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展3.E1-E2連結(jié)連結(jié)RLAAFRLFOPVCCAAFFOPF=A OPF=A OP2009-3-15 韓韓 良良457.2.3 單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展 4.C1-B2 連接連接VCCRLT2B2FC2T1A1B1C1FA1B1C1B2C2F=A1 B1 C1 B2 C2 2009-3-15 韓韓 良良467.2.3 單管邏輯門的邏輯擴(kuò)展單管邏輯

32、門的邏輯擴(kuò)展5.異或非門異或非門F=A BABFVCCRLABF2009-3-15 韓韓 良良477.2.4 單管邏輯門運(yùn)用特點(diǎn)單管邏輯門運(yùn)用特點(diǎn)1.輸出低電平逐級(jí)提高輸出低電平逐級(jí)提高VCCRLTABFVCCRLTABFVC=VE+VCES應(yīng)注意不要高應(yīng)注意不要高于后級(jí)的閾值于后級(jí)的閾值電壓。必要時(shí)電壓。必要時(shí)后級(jí)應(yīng)采用高后級(jí)應(yīng)采用高閾值門將輸出閾值門將輸出低電平降低。低電平降低。VCCFA高高閾閾值值門門VCCRLTABF2009-3-15 韓韓 良良487.2.4 單管邏輯門運(yùn)用特點(diǎn)單管邏輯門運(yùn)用特點(diǎn)2.驅(qū)動(dòng)基極負(fù)載時(shí)輸出高電平會(huì)被后級(jí)箝位驅(qū)動(dòng)基極負(fù)載時(shí)輸出高電平會(huì)被后級(jí)箝位VCCRLT

33、ABFVB=VE+VBE 這時(shí)與基極這時(shí)與基極負(fù)載之間應(yīng)加隔負(fù)載之間應(yīng)加隔離管。離管。若驅(qū)動(dòng)多個(gè)若驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載，會(huì)有槍電負(fù)載，會(huì)有槍電流現(xiàn)象。流現(xiàn)象。VCCFRLTABVCCFRLTABVCCVCC2009-3-15 韓韓 良良497-3 TTL集成電路版集成電路版圖設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)2009-3-15 韓韓 良良50 思考題思考題1.集成電路版圖設(shè)計(jì)為什么非常重要？集成電路版圖設(shè)計(jì)為什么非常重要？2.版圖設(shè)計(jì)基本尺寸分為哪兩大類？影版圖設(shè)計(jì)基本尺寸分為哪兩大類？影響它們的因素有哪些？響它們的因素有哪些？3.晶體管圖形尺寸與哪些因素有關(guān)？晶體管圖形尺寸與哪些因素有關(guān)？4.擴(kuò)散電阻條寬如何確定？擴(kuò)散電阻

34、條寬如何確定？5.隔離區(qū)如何劃分？隔離區(qū)如何劃分？2009-3-15 韓韓 良良517.3.1 集成電路版圖設(shè)計(jì)的重要性集成電路版圖設(shè)計(jì)的重要性 集成電路版圖就是集成電路制作過(guò)程集成電路版圖就是集成電路制作過(guò)程中所需要的光刻掩膜版的設(shè)計(jì)圖，是在考中所需要的光刻掩膜版的設(shè)計(jì)圖，是在考慮工藝條件的基礎(chǔ)上確定了集成電路中每慮工藝條件的基礎(chǔ)上確定了集成電路中每個(gè)器件的形狀、尺寸、位置、及器件之間個(gè)器件的形狀、尺寸、位置、及器件之間的連接關(guān)系和連線寬度。的連接關(guān)系和連線寬度。因此，集成電路版圖對(duì)集成電路功能因此，集成電路版圖對(duì)集成電路功能的正確性、性能的好壞起著決定性作用。的正確性、性能的好壞起著決定性

35、作用。2009-3-15 韓韓 良良527.3.1 集成電路版圖設(shè)計(jì)的重要性集成電路版圖設(shè)計(jì)的重要性2009-3-15 韓韓 良良537.3.2 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)的一般過(guò)程集成電路版圖設(shè)計(jì)的一般過(guò)程 1.了解工藝流程及工藝參數(shù)，掌握（確定）了解工藝流程及工藝參數(shù)，掌握（確定）設(shè)計(jì)規(guī)則；設(shè)計(jì)規(guī)則；2.根據(jù)電路參數(shù)要求進(jìn)行定性和定量分析，根據(jù)電路參數(shù)要求進(jìn)行定性和定量分析，確定電路結(jié)構(gòu)和各個(gè)元器件的工作參數(shù)；確定電路結(jié)構(gòu)和各個(gè)元器件的工作參數(shù)；3.按器件參數(shù)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)各元按器件參數(shù)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)各元件的基本圖形和基本尺寸；件的基本圖形和基本尺寸；2009-3-15 韓韓

36、良良547.3.2 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)的一般過(guò)程（續(xù)）集成電路版圖設(shè)計(jì)的一般過(guò)程（續(xù)）4.劃分隔離區(qū)：處于外延層的電極的電位相劃分隔離區(qū)：處于外延層的電極的電位相同的晶體管可以放在同一個(gè)隔離區(qū)，二同的晶體管可以放在同一個(gè)隔離區(qū)，二極管按晶體管的原則處理，電阻要根據(jù)極管按晶體管的原則處理，電阻要根據(jù)類型遵循隔離原則；類型遵循隔離原則；5.布局布線：相關(guān)器件靠近，熱量分布均勻，布局布線：相關(guān)器件靠近，熱量分布均勻，布線要短，適當(dāng)調(diào)整器件圖形，面積要布線要短，適當(dāng)調(diào)整器件圖形，面積要小，接近方形，滿足封裝要求。小，接近方形，滿足封裝要求。2009-3-15 韓韓 良良557.3.3 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則

37、的基本內(nèi)容版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的基本內(nèi)容 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則是版圖設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵守的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則是版圖設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵守的各層掩膜圖形的最小線寬及相關(guān)掩膜圖形之間各層掩膜圖形的最小線寬及相關(guān)掩膜圖形之間的最小間距，它代表了工藝實(shí)現(xiàn)的水平，但不的最小間距，它代表了工藝實(shí)現(xiàn)的水平，但不是唯一設(shè)計(jì)尺寸。是唯一設(shè)計(jì)尺寸。最小線寬一般包括：金屬布線層的最小寬最小線寬一般包括：金屬布線層的最小寬度，引線孔、通孔的最小寬度，各種擴(kuò)散區(qū)的度，引線孔、通孔的最小寬度，各種擴(kuò)散區(qū)的最小寬度等。最小寬度等。最小間距一般包括：同層掩膜版中相鄰圖最小間距一般包括：同層掩膜版中相鄰圖形之間的最小間距和不同層相關(guān)掩膜版圖形之形之間的最小間

38、距和不同層相關(guān)掩膜版圖形之間的最小間距。如基區(qū)擴(kuò)散最小間距、發(fā)射區(qū)間的最小間距。如基區(qū)擴(kuò)散最小間距、發(fā)射區(qū)擴(kuò)散與基區(qū)擴(kuò)散最小套刻間距等。擴(kuò)散與基區(qū)擴(kuò)散最小套刻間距等。2009-3-15 韓韓 良良567.3.3 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的基本內(nèi)容版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的基本內(nèi)容1.影響最小線寬的因素：影響最小線寬的因素：制版能力：制版能力：制版設(shè)備、掩膜版質(zhì)量、操作水平等制版設(shè)備、掩膜版質(zhì)量、操作水平等 光刻水平：光刻水平：光刻設(shè)備、光刻膠質(zhì)量、操作水平等光刻設(shè)備、光刻膠質(zhì)量、操作水平等 介質(zhì)成分、厚度以及雜質(zhì)分布均勻度等介質(zhì)成分、厚度以及雜質(zhì)分布均勻度等2009-3-15 韓韓 良良577.3.3 版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的

39、基本內(nèi)容版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的基本內(nèi)容2.影響最小間距的因素影響最小間距的因素掩膜對(duì)準(zhǔn)容差：掩膜對(duì)準(zhǔn)容差：掩膜容差、光刻對(duì)準(zhǔn)容差（多次性）掩膜容差、光刻對(duì)準(zhǔn)容差（多次性）橫向擴(kuò)散：橫向擴(kuò)散：與與PN結(jié)深度有關(guān)結(jié)深度有關(guān)，具有方向性，具有方向性耗盡層寬度：耗盡層寬度：與工作電壓、雜質(zhì)濃度有關(guān)與工作電壓、雜質(zhì)濃度有關(guān)可靠性的余度：可靠性的余度：包括其它未考慮因素包括其它未考慮因素 2009-3-15 韓韓 良良587.3.4 多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì)多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì) 1.減小反向漏電流的重要性減小反向漏電流的重要性 當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端A為高電為高電平，平，C為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，VOHVOLVCCFR

40、2R1ACT1T2E1E2NPNI叉叉 E1本來(lái)應(yīng)該截止，現(xiàn)本來(lái)應(yīng)該截止，現(xiàn)在卻因?yàn)闄M向在卻因?yàn)闄M向NPN的存的存在而有交叉漏電流。在而有交叉漏電流。I叉叉大小與橫向大小與橫向NPN的的交叉放大系數(shù)交叉放大系數(shù) 有關(guān)。有關(guān)。2009-3-15 韓韓 良良597.3.4 多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì)多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì) 1.減小反向漏電流的重要性減小反向漏電流的重要性VCCFR2R1ACT1T2E1E2 當(dāng)輸入端全為高當(dāng)輸入端全為高電平時(shí)，電平時(shí)，T1工作在反工作在反向有源，如果向有源，如果 較大，較大，會(huì)引起前級(jí)輸出的高會(huì)引起前級(jí)輸出的高電平下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)電平下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起邏輯錯(cuò)誤。引起邏輯錯(cuò)

41、誤。VOHVOH2009-3-15 韓韓 良良607.3.4 多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì)多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì) 2.采用長(zhǎng)脖子基區(qū)結(jié)構(gòu)采用長(zhǎng)脖子基區(qū)結(jié)構(gòu)VCCFR2R1ABCT1T2 T1反向有源時(shí)，集電結(jié)正反向有源時(shí)，集電結(jié)正偏，基極電流的大部分不進(jìn)偏，基極電流的大部分不進(jìn)入內(nèi)基區(qū)，減小了晶體管效入內(nèi)基區(qū)，減小了晶體管效應(yīng)，應(yīng)，R，叉叉均變小。均變小。（23方）方）2009-3-15 韓韓 良良617.3.4 多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì)多射級(jí)晶體管的版圖設(shè)計(jì) 3.采用肖特基晶體管結(jié)構(gòu)采用肖特基晶體管結(jié)構(gòu)VCCFR2R1ABCT1T2 T1反向有源時(shí)，集電結(jié)正反向有源時(shí)，集電結(jié)正偏，基極電流的大部分被

42、肖偏，基極電流的大部分被肖特基二極管分流，減小了晶特基二極管分流，減小了晶體管效應(yīng)。體管效應(yīng)。2009-3-15 韓韓 良良627.3.5 二極管的版圖設(shè)計(jì)二極管的版圖設(shè)計(jì) 根據(jù)電路對(duì)二極管的具體要求（如二極根據(jù)電路對(duì)二極管的具體要求（如二極管的正向壓降、反向擊穿電壓、恢復(fù)時(shí)間），管的正向壓降、反向擊穿電壓、恢復(fù)時(shí)間），選取相應(yīng)結(jié)構(gòu)的二極管。選取相應(yīng)結(jié)構(gòu)的二極管。根據(jù)工作電流和對(duì)寄生串連電阻的要求根據(jù)工作電流和對(duì)寄生串連電阻的要求選取相應(yīng)大小的面積。選取相應(yīng)大小的面積。肖特基二極管要注意減小邊緣電場(chǎng)集中肖特基二極管要注意減小邊緣電場(chǎng)集中現(xiàn)象，以便改善擊穿特性?，F(xiàn)象，以便改善擊穿特性。2009-

43、3-15 韓韓 良良637.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例中速中速中功耗八輸入端與非門（有與擴(kuò)展端）中功耗八輸入端與非門（有與擴(kuò)展端）(1)靜態(tài)參數(shù)要求靜態(tài)參數(shù)要求2009-3-15 韓韓 良良64 典型典型PN結(jié)隔離工藝結(jié)隔離工藝 P-sub =715 cm R BL=20 /epi=0.20.5 cm Wepi=57 m R B=200 /Xjc=2.53 m R E=20 /Xje=1.52 m 207.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例中速中速中功耗八輸入端與非門（有與擴(kuò)展端）中功耗八輸入端與非門（有與擴(kuò)展端）(1)工藝條件工藝條件2009-

44、3-15 韓韓 良良657.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例(2)工藝層工藝層鈍化化層保保護(hù)芯片表面，芯片表面，鈍化窗口作化窗口作為壓焊點(diǎn)點(diǎn)鈍化窗口（化窗口（pad）7器件器件電極的極的連線金屬（金屬（Metal）6金屬與隔離金屬與隔離墻、基區(qū)、基區(qū)擴(kuò)散、散、發(fā)射區(qū)射區(qū)擴(kuò)散的散的接觸孔接觸孔引引線孔孔Contact）5制作制作NPN管的管的發(fā)射區(qū)，制作外延射區(qū)，制作外延層電極的極的歐姆接觸，制作歐姆接觸，制作電阻（阻（經(jīng)常用作常用作“磷磷橋”）發(fā)射區(qū)射區(qū)擴(kuò)散（散（N+）4制作制作NPN管的基區(qū)、制作橫向管的基區(qū)、制作橫向PNP管的管的發(fā)射區(qū)和集射區(qū)和集電區(qū)，制作區(qū)，制作電

45、阻（精度適中）阻（精度適中）基區(qū)基區(qū)擴(kuò)散（散（P）3器件器件間的的電性能隔離性能隔離隔離隔離墻（P+）2減小寄生減小寄生PNP影響，減小串影響，減小串聯(lián)電阻，制作阻，制作小小電阻（精度差）阻（精度差）埋埋層（N+-BL）1圖層標(biāo)識(shí)主要用途主要用途工工藝層序號(hào)序號(hào)2009-3-15 韓韓 良良667.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例(3)設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)規(guī)則 1.擴(kuò)散區(qū)與引線孔最小套刻間距擴(kuò)散區(qū)與引線孔最小套刻間距 6 2.引線孔最小尺寸引線孔最小尺寸 10 x12 3.硼擴(kuò)散區(qū)和磷擴(kuò)散區(qū)最小寬度硼擴(kuò)散區(qū)和磷擴(kuò)散區(qū)最小寬度 14 4.硼擴(kuò)與磷擴(kuò)最小套刻間距硼擴(kuò)與磷擴(kuò)最小套刻間距

46、 8 5.硼擴(kuò)、磷擴(kuò)最小間距硼擴(kuò)、磷擴(kuò)最小間距 14 6.隔離擴(kuò)散區(qū)最小寬度隔離擴(kuò)散區(qū)最小寬度 16 7.元件與隔離槽最小間距元件與隔離槽最小間距 22 8.金屬線最小寬度金屬線最小寬度 12 9.金屬線最小間距金屬線最小間距 1010.金屬線與引線孔最小套刻間距金屬線與引線孔最小套刻間距 4 11.鈍化窗口最小尺寸鈍化窗口最小尺寸 100 x10012.鈍化窗口最小間距鈍化窗口最小間距 10013.隔離槽與鈍化窗口最小間距隔離槽與鈍化窗口最小間距 5014.劃片道最小寬度劃片道最小寬度 2002009-3-15 韓韓 良良677.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例(4)設(shè)

47、計(jì)規(guī)則解析設(shè)計(jì)規(guī)則解析序號(hào)序號(hào)規(guī)則名稱名稱目的目的1埋埋層最小最小寬度度保保證光刻光刻質(zhì)量量2隔離隔離墻最小最小寬度度保保證光刻光刻質(zhì)量和量和摻雜質(zhì)量量3隔離隔離墻與埋與埋層最小最小間距距確保隔離確保隔離墻與埋與埋層不相接，降低隔離不相接，降低隔離結(jié)擊穿穿電壓4基區(qū)基區(qū)擴(kuò)散最小散最小寬度度保保證光刻光刻質(zhì)量量5基區(qū)基區(qū)擴(kuò)散最小散最小間距距防止不相關(guān)的基區(qū)防止不相關(guān)的基區(qū)擴(kuò)散短接，確保散短接，確保電隔離隔離6基區(qū)基區(qū)擴(kuò)散與隔離散與隔離墻最小最小間距距防止基區(qū)防止基區(qū)擴(kuò)散與隔離散與隔離墻短接，確保短接，確保電隔離隔離7發(fā)射區(qū)最小射區(qū)最小寬度度保保證光刻光刻質(zhì)量量8發(fā)射區(qū)最小射區(qū)最小間距距防止不相關(guān)

48、的防止不相關(guān)的發(fā)射區(qū)射區(qū)擴(kuò)散短接，確保散短接，確保電隔離隔離9發(fā)射區(qū)與隔離射區(qū)與隔離墻最小最小間距距確保確保發(fā)射區(qū)射區(qū)擴(kuò)散與隔離散與隔離墻不相接，防止降低隔離不相接，防止降低隔離結(jié)擊穿穿電壓10發(fā)射區(qū)與基區(qū)射區(qū)與基區(qū)擴(kuò)散最小散最小間距距確保確保發(fā)射區(qū)射區(qū)擴(kuò)散與基區(qū)散與基區(qū)擴(kuò)散不相接，防止降低集散不相接，防止降低集電結(jié)擊穿穿電壓序號(hào)序號(hào)規(guī)則名稱名稱目的目的11基區(qū)基區(qū)擴(kuò)散散對(duì)發(fā)射區(qū)射區(qū)擴(kuò)散的最小包含距離散的最小包含距離防止防止發(fā)射射結(jié)與集與集電結(jié)短接短接12引引線孔最小孔最小寬度度保保證光刻光刻質(zhì)量量13擴(kuò)散區(qū)散區(qū)對(duì)引引線孔的最小包含距離孔的最小包含距離防止防止PN結(jié)短路短路14金屬最小金屬最小

49、寬度度保保證光刻光刻質(zhì)量量15金屬最小金屬最小間距距保保證光刻光刻質(zhì)量量16金屬金屬對(duì)引引線孔的最小包含距離孔的最小包含距離保保證連接接質(zhì)量量17鈍化窗口最小化窗口最小寬度度保保證壓焊質(zhì)量量18鈍化窗口最小距離化窗口最小距離保保證壓焊質(zhì)量量19金屬金屬對(duì)鈍化窗口的最小包含距離化窗口的最小包含距離保保證壓焊質(zhì)量量20鈍化窗口距器件化窗口距器件圖形最小距離形最小距離減小減小壓焊對(duì)器件的影響器件的影響2009-3-15 韓韓 良良687.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例(5)選定電路結(jié)構(gòu)選定電路結(jié)構(gòu)VCCFR2R1I1I8RbT1T2T3T4R5T5R4RcT6R1與與擴(kuò)擴(kuò)展展

50、2009-3-15 韓韓 良良697.3.6 TTL集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例集成電路版圖設(shè)計(jì)舉例(6)隔離區(qū)劃分隔離區(qū)劃分 根據(jù)隔離原理劃分根據(jù)隔離原理劃分6個(gè)個(gè)隔離區(qū)（不含鉗位二極管）隔離區(qū)（不含鉗位二極管）：T1，T2，T3和和T4，T5，Rb、Rc和和T6，R1、R2、R4和和R5。VCCFR2R1I1I8RbT1T2T3T4R5T5R4RcT6EXT2009-3-15 韓韓 良良707.3.7 其它其它TTL集成電路版圖實(shí)例集成電路版圖實(shí)例(1)有或擴(kuò)展端的有或擴(kuò)展端的5輸入與非門輸入與非門VCCFR2R1R3T1T2T3T4R5T5R4I1I5劃分劃分5個(gè)隔離區(qū)：個(gè)隔離區(qū)：T1，T2，T

51、3和和T4，T5，R1、R2、R3、R4和和R5。電路電路2009-3-15 韓韓 良良717-4 ECL電路電路2009-3-15 韓韓 良良72 發(fā)射極耦合邏輯（發(fā)射極耦合邏輯（ECL）電路是電流型）電路是電流型邏輯電路，晶體管不進(jìn)入飽和區(qū)工作，而是邏輯電路，晶體管不進(jìn)入飽和區(qū)工作，而是在截止和放大兩個(gè)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，電平變化幅在截止和放大兩個(gè)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，電平變化幅度小，因而速度快，但功耗大。度小，因而速度快，但功耗大。2009-3-15 韓韓 良良73 思考題思考題1.ECL電路速度快的原因有哪些？電路速度快的原因有哪些？2.ECL電路為什么要用射極跟隨器？電路為什么要用射極跟隨器？3.射極

52、跟隨器有哪些作用？射極跟隨器有哪些作用？4.參考電壓源有什么作用？參考電壓源有什么作用？5.ECL電路版圖設(shè)計(jì)有什么特點(diǎn)？電路版圖設(shè)計(jì)有什么特點(diǎn)？2009-3-15 韓韓 良良747.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 1.ECL電路基本單元電路基本單元-或或/或非門或非門-VEEABornor22024550k 50k7799076.1k4.96k2k2k電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)參考電壓源參考電壓源 射極跟隨器射極跟隨器2009-3-15 韓韓 良良757.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERP

53、ARPBRC1RC2T1AT1BT2 T1A、T1B為輸入管，為輸入管，T2為定偏管。工作時(shí)為定偏管。工作時(shí)VEE=-5.2V 輸入信號(hào)的高低電平輸入信號(hào)的高低電平各為各為VIH=-0.92V,VIL=-1.75V。當(dāng)當(dāng)A、B都輸入低電都輸入低電平時(shí)，平時(shí)，T1A,T1B的基極都是的基極都是-1.75V，定偏電壓：定偏電壓：VBB=(VOH+VOL)/2=-1.3V-1.75V2009-3-15 韓韓 良良767.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2而此時(shí)

54、而此時(shí)T2的基極電平更高的基極電平更高些些(-1.3V)，故，故T2導(dǎo)通并將導(dǎo)通并將其發(fā)射極點(diǎn)平鉗位在其發(fā)射極點(diǎn)平鉗位在VE=VBB-VBE=-2.07V(假定假定發(fā)射結(jié)的正向?qū)▔航禐榘l(fā)射結(jié)的正向?qū)▔航禐?.77V)。這時(shí)這時(shí)T1A,T1B的發(fā)射結(jié)上只的發(fā)射結(jié)上只有有0.32V，故，故T1A,T1B截至，截至，T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。C1為高電平，為高電平，C2為低電平。為低電平。-1.75V2009-3-15 韓韓 良良777.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1

55、BT2當(dāng)當(dāng)A、B有高輸入電平時(shí)，有高輸入電平時(shí)，假定假定A為高電平，為高電平，T1A的基極為的基極為-0.92V,高于高于VBB,所以所以T1A導(dǎo)通并將發(fā)射導(dǎo)通并將發(fā)射極電平鉗在極電平鉗在VE=VIH-VBE=-1.69V。此時(shí)，加在此時(shí)，加在T2發(fā)射結(jié)上的發(fā)射結(jié)上的電壓只有電壓只有0.39V，故，故T2截截至，至，C1為低電平，為低電平，C2為高為高電平。電平。-1.3V2009-3-15 韓韓 良良787.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2此電路的作

56、用相當(dāng)于一個(gè)此電路的作用相當(dāng)于一個(gè)電流開(kāi)關(guān)，時(shí)而把電流撥電流開(kāi)關(guān)，時(shí)而把電流撥給輸入管，時(shí)而又把電流給輸入管，時(shí)而又把電流撥給撥給T2管。管。C1=A+B (nor)C2=A+B (or)2009-3-15 韓韓 良良797.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān) RPA、RPB是為了防止是為了防止輸入浮空效應(yīng)。輸入浮空效應(yīng)。改進(jìn)：用恒流源代替改進(jìn)：用恒流源代替RE 在兩種狀態(tài)中，電流在兩種狀態(tài)中，電流IRE的值不同，因而為了的值不同，因而為了使兩端輸出低電平一致，使兩端輸出低電平一致，RC1、RC2應(yīng)取不同的值。應(yīng)取不同的值。VOH=0V VOL=-IC1 RC1=-I

57、C2 RC2-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良807.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)問(wèn)題：電流開(kāi)關(guān)雖然完問(wèn)題：電流開(kāi)關(guān)雖然完成了邏輯功能，但是直成了邏輯功能，但是直接級(jí)聯(lián)時(shí)會(huì)使輸入晶體接級(jí)聯(lián)時(shí)會(huì)使輸入晶體管進(jìn)入飽和，失去高速管進(jìn)入飽和，失去高速的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。例如：前一級(jí)的例如：前一級(jí)的A或或B輸輸入為低電平，則前一級(jí)入為低電平，則前一級(jí)輸出高電平，即后一級(jí)輸出高電平，即后一級(jí)VA輸入高電平輸入高電平0V,-VEEABC2C122024550k 50k7

58、79VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良817.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT2-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良827.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 2.電流開(kāi)關(guān)電流開(kāi)關(guān)后一級(jí)后一級(jí)VA輸入高電平輸入高電平0V,T1A導(dǎo)通，導(dǎo)通，VC1輸出低電輸出低電平（小于平（小于0V）

59、，因而），因而T1A飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。-VEEABC2C122024550k 50k779VBB(-5.2V)RERPARPBRC1RC2T1AT1BT22009-3-15 韓韓 良良837.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 3.射級(jí)跟隨器射級(jí)跟隨器-VEEABornor22024550k 50k7799076.1k4.96k2k2k 避免輸入晶體管進(jìn)入飽和的辦法，采用避免輸入晶體管進(jìn)入飽和的辦法，采用射極跟隨器。射極跟隨器。射極跟隨器射極跟隨器2009-3-15 韓韓 良良847.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 3.射級(jí)跟隨器射級(jí)跟隨器VOH=-Vbe3=-Vbe4VOL=-

60、Vbe3-IC1 RC1 =-Vbe4-IC2 RC2 VL=IC1 RC1=IC2 RC2 為了實(shí)現(xiàn)前后級(jí)耦為了實(shí)現(xiàn)前后級(jí)耦合時(shí)電平匹配，要求：合時(shí)電平匹配，要求：VL Vbe，取，取VL=VbeT3、T4進(jìn)行電平移位進(jìn)行電平移位典型值：典型值：VOH -0.9 V VOL -1.7V VBB -1.3 V-VEEornor2k2kC1C2T3T4RO3RO42009-3-15 韓韓 良良857.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 3.射級(jí)跟隨器（續(xù)）射級(jí)跟隨器（續(xù)）ornor-VEE2k2kC1C2T3T4RO3RO4-VEE2k2kRO3RO4 可以開(kāi)射級(jí)輸出，可以開(kāi)射級(jí)輸出，更好地

61、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)匹配。更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)匹配?？梢越佣鄠€(gè)射級(jí)跟可以接多個(gè)射級(jí)跟隨器，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)輸出。隨器，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)輸出。具有電流放大作用，具有電流放大作用，提高了負(fù)載能力。提高了負(fù)載能力。2009-3-15 韓韓 良良867.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 4.參考電壓源參考電壓源-VEEABornor22024550k 50k7799076.1k4.96k2k2k參考電壓源參考電壓源2009-3-15 韓韓 良良877.4.1 ECL電路工作原理電路工作原理 4.參考電壓源參考電壓源9076.1k4.96k-VEEVBBR3R1R2對(duì)參考電壓的要求對(duì)參考電壓的要求:VBB=(VOH+VOL)/

62、2 =(-2Vbe-IC1 RC1)/2 =-3Vbe/2VBB VEE 2VbeR1+R2R1 Vbe實(shí)際電路：實(shí)際電路：適當(dāng)選取電阻適當(dāng)選取電阻R1、R2的值的值即可達(dá)到要求值。即可達(dá)到要求值。2009-3-15 韓韓 良良887.4.2 ECL電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn)1.所有晶體管都不進(jìn)入飽和區(qū)工作，沒(méi)有超所有晶體管都不進(jìn)入飽和區(qū)工作，沒(méi)有超量存儲(chǔ)電荷，速度快；量存儲(chǔ)電荷，速度快；2.邏輯擺幅小，節(jié)點(diǎn)電容充放電幅度小，速邏輯擺幅小，節(jié)點(diǎn)電容充放電幅度小，速度快；度快；3.功耗大，噪聲容限低。但是兩種工作狀態(tài)功耗大，噪聲容限低。但是兩種工作狀態(tài)下的電源電流幾乎相同，內(nèi)部噪聲小。下的電源電流幾乎

63、相同，內(nèi)部噪聲小。2009-3-15 韓韓 良良897.4.3 ECL電路邏輯擴(kuò)展電路邏輯擴(kuò)展 1.ECL或與非或與非/或與門或與門-VEEABF1F2DCVBBF1=(A+B)(C+D)F2=(A+B)(C+D)2009-3-15 韓韓 良良907.4.3 ECL電路版圖設(shè)計(jì)特點(diǎn)電路版圖設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.晶體管采用條狀結(jié)構(gòu)，較小基極電阻，降晶體管采用條狀結(jié)構(gòu)，較小基極電阻，降低噪聲，盡量減小尺寸，以便提高特征頻率。低噪聲，盡量減小尺寸，以便提高特征頻率。2.輸出晶體管形狀、尺寸要相同，放在等溫輸出晶體管形狀、尺寸要相同，放在等溫線上，以便減小特性差異。線上，以便減小特性差異。3.精度高、比例關(guān)系強(qiáng)

64、的電阻條寬要相等，精度高、比例關(guān)系強(qiáng)的電阻條寬要相等，寬度適當(dāng)，并行排放。精度不高的高阻值電寬度適當(dāng)，并行排放。精度不高的高阻值電阻采用溝道電阻。電阻的排放要注意溫場(chǎng)。阻采用溝道電阻。電阻的排放要注意溫場(chǎng)。2009-3-15 韓韓 良良917-5 I2L電路電路2009-3-15 韓韓 良良92 集成注入邏輯（集成注入邏輯（Integrated Injection Logic,I2L）電路占用）電路占用芯片面積小，功耗低，但速度芯片面積小，功耗低，但速度慢，驅(qū)動(dòng)能力弱。慢，驅(qū)動(dòng)能力弱。2009-3-15 韓韓 良良93 思考題思考題1.I2L電路的集成度為什么會(huì)很高？電路的集成度為什么會(huì)很高？

65、2.I2L電路的速度為什么會(huì)很慢？電路的速度為什么會(huì)很慢？3.進(jìn)行進(jìn)行I2L電路版圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意那些問(wèn)題？電路版圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意那些問(wèn)題？2009-3-15 韓韓 良良947.5.1 I2L基本單元電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)基本單元電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)PN-sub (GND)PN+N+N+VPVi 單元內(nèi)公用電極多，沒(méi)有內(nèi)單元內(nèi)公用電極多，沒(méi)有內(nèi)連線，沒(méi)有電阻，不需要隔離，連線，沒(méi)有電阻，不需要隔離，單輸入多輸出的倒相器。倒置單輸入多輸出的倒相器。倒置NPN2009-3-15 韓韓 良良957.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 1.注入電流的產(chǎn)生注入電流的產(chǎn)生PN-sub (GND)PN+N+N+V

66、PVi VP加一個(gè)大于加一個(gè)大于pn結(jié)正向?qū)▔航档碾娊Y(jié)正向?qū)▔航档碾妷海瑱M向壓，橫向PNP管導(dǎo)通，產(chǎn)生注入電流。管導(dǎo)通，產(chǎn)生注入電流。2009-3-15 韓韓 良良967.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 2.導(dǎo)通態(tài)導(dǎo)通態(tài)PN-sub (GND)P N+N+N+VPVi 如果輸入為如果輸入為1（或前級(jí)（或前級(jí)I2L 截止），空穴在截止），空穴在NPN管基區(qū)（管基區(qū)（PNP管集電區(qū)）堆積，使管集電區(qū)）堆積，使NPN管管飽和導(dǎo)通（飽和導(dǎo)通（PNP管深飽和）。管深飽和）。VOL 0.05V2009-3-15 韓韓 良良977.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 3.截止態(tài)截止態(tài)PN-sub (GND)P N+N+N+VPVi 如果輸入對(duì)地短路（或前級(jí)如果輸入對(duì)地短路（或前級(jí)I2L 導(dǎo)通），空導(dǎo)通），空穴被從穴被從NPN管基極抽走，使管基極抽走，使NPN管截止（管截止（PNP管管臨界飽和）。臨界飽和）。VOH 0.7V (被后級(jí)同類們箝位）被后級(jí)同類們箝位）2009-3-15 韓韓 良良987.5.2 I2L基本單元工作原理基本單元工作原理 3.截止態(tài)截止態(tài)VPV