集成电路版图的设计(附件)【字数：10744】
人们的生活越来越智能化、便利化。这都得益于科技的发展，在这个过程当中，集成电路作为基础已经慢慢深入人们的各个生活细节之中。目前来说，集成电路这个产业也是信息产业的一个核心，集成电路是电子产品中的重要组成部分，一个好的集成电路有助于提高产品的使用性能，这逐渐成为衡量一个国家或地区综合实力的重要标志。电子产品的更新换代很快，基本一到两年就要更新出新的产品，在这个更新的过程中，集成电路版图的设计是一个必要的环节，不可或缺。而且非常重要，关系到新产品中电路的连接情况，进而使得新的产品性能上出现很大的区别，使得产商的制造成本和用户的能量消耗有很大的不同。论文中，我主要介绍模拟电路中的电子元件和集成电路版图中，应该如何设计、设计的各个环节，并且阐述了设计过程中需要注意的问题，最后通过一个案例详细地阐述如何正确地设计集成电路版图，达到熟练掌握集成电路版图设计的目的。
Keyword: Integrated circuit, layout design, CMOS circuit 目 录
一、引言 1
（一）选题背景和意义 1
（二）国内外发展现状 1
1.国内研究现状 1
2.国外发展现状 1
二、COMS集成电路中的元件 2
（一）半导体材料介绍 2
（二）二极管和晶体管 3
（三）集成电阻和集成电容 5
1.集成电阻概述 5
2.选择电阻的一般原则 5
3.集成电容概述 5
4.集成电容的选择 5
三、集成电路版图的设计 7
（一）集成电路版图设计概述 7
（二）版图设计流程 7
四、版图设计实例 10
（一）模拟电路版图设计 10
1.运算放大电路版图设计 10
2.IC版图设计 13
（二）数字电路版图设计 16
1.D触发器 16
2.单稳态触发器及其版图设计 20
（三）综合电路版图设计 21
（四）集成电路版图设计问题及其解决技巧 23
总结 24
致谢 25
参考文献 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
26
一、引言
（一）选题背景和意义
中国经济快速发展，更是推动了电子行业的快速发展，而电子行业中的半导体这一门又是因为技术过硬和经济形式的推动而推向市场，近几年发展极为迅速，电子产品的更新换代很快，基本一到两年就要更新出新的产品，而集成电路版图的设计是实现集成电路制造关键环节的设计，它不止涉及到集成电路的功能是否正确，并且也极大地影响到了集成电路的成本和功耗。近几年计算机，通信的飞速发展，嵌入式或便携式设备集成的高性能，低功耗运行的电路与集成电路掩模版图与设计者的精心设计分不开的。
（二）国内外的发展现状
1. 国内的研究现状
在密集出台了一系列国家环境政策，国内市场需求，中国IC产业整体保持平稳较快增长，由行业，加大投入，技术上的突破带动相关规模的积累，在可预见的未来，IC产业和以支持自主可控的信息产业已成为推动两化融合深度的重要依据。一系列微电子技术发展的优惠政策、集成电路制造商和国际标准逐渐发展壮大，海外的学生开始也回归，许多其他学生也向微电子专业靠近。中国集成电路设计产业近年来保持着持续快速发展势头,据中国半导体行业协会统计,2016年中国集成电路设计行业年销售收入接近2000亿元,较上年同期上涨了24个点,集成电路产业的比例增长了差不多百分之二,目前还继续保持着快速地增长。
国外的发展现状
在设计集成电路这一行,其重要的核心技术就是硅技术也是这一形目的主流产品,这一技术占集成电路设计行业的九成以上。目前设计集成电路额技术已经到了纳米级的级别了，比如有大规模批量产出的7.5纳米/英寸的生产线。基于纳米级的生产技术是在68年前后三年之间基本形成的一种生产技术,它使用英特尔45纳米CPU芯片生产过程。国外的集成芯片技术已经达到很高的水平了，它们可以在芯片中集成八十几多亿个，因此，这项技术其实也是当今全球的经济竞争的热点问题。一旦某个国家或者某个经济体获得了这一个技术的核心自主版权，那么它们就拥有了很强的竞争优势，这也是国家强大兴盛的基础。
二、COMS集成电路中的元件
（一）半导体材料介绍
半导体材料的导电能力在导体和绝缘体之间的材料。是一种具有半导体性能、用于生产半导体器件和集成电路的电子材料,其导电率在103到109之间。
半导体材料按化学成分分类,通过比较结构和性能的非晶体状态和一些特殊液体半导体作为一个单独的类别。我们分类,可分为半导体元件的半导体材料,无机化合物半导体、有机半导体和非晶态半导体和液体。半导体材料常用的参数各项性能及其相应的决定因素如表1所示。
表1 半导体材料性能对应表
（二）二极管和晶体管
晶体管，是指半导体元件，有二极管和晶体管之分。这里我们详细阐述二极管的功能、特性、以及三极管的原理。
半导体二极管根据他们不同的结构和制造工艺可分为点接触型类型和另一种表面接触类型。点接触型二极管是多晶硅表面上的p型和n型锗晶体,安装在钨或金丝制成的接触针表面后形成的，然后加以电流处理，使触针接触处形成一层异型的晶体。根据所使用的金线不同,他们被称为钨键二极管和金键二极管。大多数表面接触二极管型用合金法制成。表面的n型锗晶体放在铟之上，然后一部分锗在高温中融化在铟之上。当温度降低,锗沉淀出来,形成一个p型晶体。这个p型和n型晶体融化晶体组成pn结的流程。如图1所示。
/
图1 PN结
点接触型类型半导体二极管有一个小的接触面积,从而使它之间的触针和阻挡层相对较小(约1μf)；和电极之间的表面接触大电容二极管,大约15到20μf。因此,前者是适应工作在更高的频率,而后者适用于频率低于50赫兹或更少的工作场所;进一步讲，前者允许一个小电流、无线电设备中应该用于检测,后者可以通过大电流,用于整流电路。二极管的特性指标参数意义如表2所示。
表2 半导体二极管特性指标
晶体管，它是一个半导体，电流放大的基本组成电路中的一种，是一种电子电路的核心元件。晶体管基极区域是处于中间的部分，所述发射极区域和集电区是两个侧部，有PNP排列和NPN两种，一个基极b发射极e和集电极c如图2所示为三极管的实物及引脚排布图。
/
图2 三极管的实物及引脚排布图
不管是PNP型还是NPN型，它们的工作原理是完全相同的。其工作原理基本上可以用它的放大作用来解释。因为，放大原理是晶体管一切工作的基础。
Keyword: Integrated circuit, layout design, CMOS circuit 目 录
一、引言 1
（一）选题背景和意义 1
（二）国内外发展现状 1
1.国内研究现状 1
2.国外发展现状 1
二、COMS集成电路中的元件 2
（一）半导体材料介绍 2
（二）二极管和晶体管 3
（三）集成电阻和集成电容 5
1.集成电阻概述 5
2.选择电阻的一般原则 5
3.集成电容概述 5
4.集成电容的选择 5
三、集成电路版图的设计 7
（一）集成电路版图设计概述 7
（二）版图设计流程 7
四、版图设计实例 10
（一）模拟电路版图设计 10
1.运算放大电路版图设计 10
2.IC版图设计 13
（二）数字电路版图设计 16
1.D触发器 16
2.单稳态触发器及其版图设计 20
（三）综合电路版图设计 21
（四）集成电路版图设计问题及其解决技巧 23
总结 24
致谢 25
参考文献 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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一、引言
（一）选题背景和意义
中国经济快速发展，更是推动了电子行业的快速发展，而电子行业中的半导体这一门又是因为技术过硬和经济形式的推动而推向市场，近几年发展极为迅速，电子产品的更新换代很快，基本一到两年就要更新出新的产品，而集成电路版图的设计是实现集成电路制造关键环节的设计，它不止涉及到集成电路的功能是否正确，并且也极大地影响到了集成电路的成本和功耗。近几年计算机，通信的飞速发展，嵌入式或便携式设备集成的高性能，低功耗运行的电路与集成电路掩模版图与设计者的精心设计分不开的。
（二）国内外的发展现状
1. 国内的研究现状
在密集出台了一系列国家环境政策，国内市场需求，中国IC产业整体保持平稳较快增长，由行业，加大投入，技术上的突破带动相关规模的积累，在可预见的未来，IC产业和以支持自主可控的信息产业已成为推动两化融合深度的重要依据。一系列微电子技术发展的优惠政策、集成电路制造商和国际标准逐渐发展壮大，海外的学生开始也回归，许多其他学生也向微电子专业靠近。中国集成电路设计产业近年来保持着持续快速发展势头,据中国半导体行业协会统计,2016年中国集成电路设计行业年销售收入接近2000亿元,较上年同期上涨了24个点,集成电路产业的比例增长了差不多百分之二,目前还继续保持着快速地增长。
国外的发展现状
在设计集成电路这一行,其重要的核心技术就是硅技术也是这一形目的主流产品,这一技术占集成电路设计行业的九成以上。目前设计集成电路额技术已经到了纳米级的级别了，比如有大规模批量产出的7.5纳米/英寸的生产线。基于纳米级的生产技术是在68年前后三年之间基本形成的一种生产技术,它使用英特尔45纳米CPU芯片生产过程。国外的集成芯片技术已经达到很高的水平了，它们可以在芯片中集成八十几多亿个，因此，这项技术其实也是当今全球的经济竞争的热点问题。一旦某个国家或者某个经济体获得了这一个技术的核心自主版权，那么它们就拥有了很强的竞争优势，这也是国家强大兴盛的基础。
二、COMS集成电路中的元件
（一）半导体材料介绍
半导体材料的导电能力在导体和绝缘体之间的材料。是一种具有半导体性能、用于生产半导体器件和集成电路的电子材料,其导电率在103到109之间。
半导体材料按化学成分分类,通过比较结构和性能的非晶体状态和一些特殊液体半导体作为一个单独的类别。我们分类,可分为半导体元件的半导体材料,无机化合物半导体、有机半导体和非晶态半导体和液体。半导体材料常用的参数各项性能及其相应的决定因素如表1所示。
表1 半导体材料性能对应表
（二）二极管和晶体管
晶体管，是指半导体元件，有二极管和晶体管之分。这里我们详细阐述二极管的功能、特性、以及三极管的原理。
半导体二极管根据他们不同的结构和制造工艺可分为点接触型类型和另一种表面接触类型。点接触型二极管是多晶硅表面上的p型和n型锗晶体,安装在钨或金丝制成的接触针表面后形成的，然后加以电流处理，使触针接触处形成一层异型的晶体。根据所使用的金线不同,他们被称为钨键二极管和金键二极管。大多数表面接触二极管型用合金法制成。表面的n型锗晶体放在铟之上，然后一部分锗在高温中融化在铟之上。当温度降低,锗沉淀出来,形成一个p型晶体。这个p型和n型晶体融化晶体组成pn结的流程。如图1所示。
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图1 PN结
点接触型类型半导体二极管有一个小的接触面积,从而使它之间的触针和阻挡层相对较小(约1μf)；和电极之间的表面接触大电容二极管,大约15到20μf。因此,前者是适应工作在更高的频率,而后者适用于频率低于50赫兹或更少的工作场所;进一步讲，前者允许一个小电流、无线电设备中应该用于检测,后者可以通过大电流,用于整流电路。二极管的特性指标参数意义如表2所示。
表2 半导体二极管特性指标
晶体管，它是一个半导体，电流放大的基本组成电路中的一种，是一种电子电路的核心元件。晶体管基极区域是处于中间的部分，所述发射极区域和集电区是两个侧部，有PNP排列和NPN两种，一个基极b发射极e和集电极c如图2所示为三极管的实物及引脚排布图。
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图2 三极管的实物及引脚排布图
不管是PNP型还是NPN型，它们的工作原理是完全相同的。其工作原理基本上可以用它的放大作用来解释。因为，放大原理是晶体管一切工作的基础。
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