低功耗CMOS集成电路设计方法分析

2016-01-02戚元泽海南师范大学物理与电子工程学院

电子制作 2016年24期

戚元泽海南师范大学物理与电子工程学院

低功耗CMOS集成电路设计方法分析

戚元泽海南师范大学物理与电子工程学院

在设计电子元器件的过程中，CMOS集成电路由于具有较低的运行能耗，且工作性能相对较强，因而获得极大的应用和推广。随着集成电路相关技术的飞速发展，电路性能得到了良好的提升，集成芯片也得到了有效的强化，而传统的设计方法依然不能适应不断发展的需求。因此本文对低功耗CMOS集成电路设计的方法进行了深入的研究，分析了CMOS继承电路的主要特点，从而详细的阐述了低功耗CMOS集成电路设计的具体方法。

低功耗；CMOS集成电路；设计方法；分析

1.低功耗CMOS集成电路的基本特点

低功耗的CMOS集成电路，其基本的特点主要有以下几点：一是较低的运行功耗。因为该电路使用了场效应管，其内部有很多互补结构，因此在运行时所处的工作状态也有较大的不同。二是抗干扰能力强。在整个集成电路运行的过程中，其电压噪声容量占比为百分之四十五。而随着电压的增加，其噪声的容量也会不断的增加。三是驱动能力强。由于电路自身的输入阻抗较强，因而其驱动能力也相对较强。四是稳定性强。该电路在运行的过程中，其内部散发的热量实际较少，而当外部出现较大的温度变化时，内部参数就能达到相互补偿的目的。五是电路逻辑与范围的摆幅相对较大。

2.低功耗CMOS集成电路的设计方法

2.1 电源

通常情况下，低功耗CMOS集成电路在

工作的过程中，其电压应该保持在3～18V左右。但是当一些模拟的应用存在于集成电路中时，就必须保证最低电压在4V以上。低功耗CMOS集成电路本身的工作电压相对较宽，因此在选择电流电路的过程中，对于稳压的设备，则无需加以考虑。但是电路的电压在进行接线的过程中，则必须确保电压不会被反接或者不超压。

2.2 驱动

低功耗CMOS集成电路由于本身的驱动能力较强，因此在设计电路的过程中，可以通过并联的方式，连接一些具有较强驱动能力的缓冲器，这样才能将整个集成电路的驱动能力有效的提高。而随着并联数量的不断改变，驱动能力也会随之增长。

2.3 设计输出、输入端

（1）设计输出端。在设计输出端的过程中，首先要采取有效的措施保护好线路。同时在设计CMOS的输出器件的过程中，要防止发生接地短接以及电源短接，从而避免电流破坏CMOS管。在低功耗CMOS集成电路中，还要防止出现输出端并接，这样才能有效的避免不同器件的不同参数，导致其出现电流导通过大的问题。而为了促使电路获得较高的驱动能力，就需要确保输出端的器件规格以及参数相一致，同时还要对其进行严格的验证，然后才能进行并联。

（2）设计输入端。在设计输入端的过程中，先要处理一些多余的输出端。而在设计整体电路的过程中，还要防止输入端发生悬空的现象，从而避免破坏电路的逻辑关系。而如果输入端出现了悬空的现象，还会导致出现较高的输入阻抗，并将外界噪声的干扰性增大，从而使得集成的整个电路出现错误动作，进而引发静电击穿等故障。而在设计一些多余的输入端的过程中，则必须采用介入低电平的方式。电路工作时如果速度相对较慢，就需要采用输入端与使用短并联的方式进行设计，并且还要介入保护输入端的长导线。在设计电路的过程中，还需要控制内部的电感以及分布电容，防止发生震荡，从而对内部的二极管造成破坏。同时还需要保护好输入端的静电，并且在运输、组装以及调试电路板的过程中，还需要将接地工作做好。尽管低功耗CMOS集成电路抗静电能力相对较好，但还是需要人工做好接地防护。从而防止发生静电击穿的问题。另外，还要将信号输入的上升以及下降的实践减少，避免出现较大的损耗，从而防止虚假触发。

（3）接口设计。在设计电路接口的过程中，要严格的构架整个集成电路，同时在运放连接的过程中，要确保电源在电路中时独立的。而在整个CMOS集成电路中，还要将接入CMOS电路的电压严格控制在10V以下。若使用单一的电源，就可以通过直接连接的方式进行接口设计。而若使用TTL电路与CMOS集成电路混接的方式，则针对集成电路中不同的输出输入电平、负载能力以及电路电压等，还需要进行一个转接电路设计，从而防止集成电路上的各个内部器件出现损坏。在设计逻辑电平的过程中，还要确保接口电路匹配的电平能够满足电路的要求。