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CMOS集成电路电阻的应用探析
作者:刘海生栾殿政董启海
摘要:在集成电路的设计中,电阻器不是主要的器件,却是必不可少的。如果设计不当,会对整个电路有很大的影响,并且会使芯片的面积很大,从而增加成本。电阻在集成电路中有极其重要的作用。他直接关系到芯片的性能与面积及其成本。讨论了集成电路设计中多晶硅条电阻、MOS管电阻和电容电阻等3种电阻器的实现方法。
关键词:集成电路电阻开关电容CMOS
目前,在设计中使用的主要有3种电阻器:多晶硅、MOS管以及电容电阻。在设计中,要根据需要灵活运用这3种电阻,使芯片的设计达到最优。
1CMOS集成电路的性能及特点
,且都是互补结构,工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通,另一个管截止的状态,电路静态功耗理论上为零。实际上,由于存在漏电流,CMOS电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mW,动态功耗(在1MHz工作频率时)也仅为几mW。
,供电电源体积小,基本上不需稳压。4000系列的集成电路,可在3~18V电压下正常工作。
“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位VDD及电影低电位VSS。当VDD=15V,VSS=0V时,输出逻辑摆幅近似15V。因此,CMOS集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。
%,保证值为电源电压的30%。随着电源电压的增加,噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于VDD=15V的供电电压(当VSS=0V时),电路将有7V左右的噪声容限。
,故比一般场效应管的输入电阻稍小,但在正常工作电压范围内,这些保护二极管均处于反向偏置状态,直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流,通常情况下,等效输入阻抗高达103~1011Ω,因此CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。
,内部发热量少,而且,CMOS电路线路结构和电气参数都具有对称性,在温度环境发生变化时,某些参数能起到自动补偿作用,因而CMOS集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路,工作温度为-55~+125℃;塑料封装的电路工作温度范围为-45~+85℃。
。由于CMOS集成电路的输入阻抗极高,因此电路的输出能力受输入电容的限制,但是,当CMOS集成电路用来驱动同类型,如不考虑速度,一般可以驱动50个以上的输入端。
2CMOS集成电路电阻的应用
,在标准的MOS工艺中,最理想的无源电阻器是多晶硅条。
式中:ρ为电阻率;t为薄板厚度;R□=(ρ/t)为薄层电阻率,单位为Ω/□;L/W为长宽比。由于常用的薄层电阻很小,通常多晶硅最大的电阻率为100Ω/□,而设计规则又确定了多晶硅条宽度的最小值,因此高值的电阻需要很大的尺寸,由于芯片面积的限制,实际上是很难实现的。当然也可以用扩散条来做薄层电阻,但是由于工艺的不稳定性,通常很容易受温度和电压的影响,很难精确控制其绝对数值。寄生效果也十分明显。无