CMOS集成电路设计技术探索和分析

罗广存

摘要：CMOS集成电路其本身具有较强的工作性能，并且运行时功耗相对较低，其被广泛地应用在电子元器件的设计当中。在集成电路技术迅猛发展的情况下，随着芯片集成的强化与电路性能的提高，在对产品进行开发的过程中采用传统方法和手段显然已经不能与快速发展的现代社会相适应了。因此，对集成电路的设计技术进行探索和分析，并不断地进行升级、改造和完善，是其发展的必然要求。本文对于CMOS集成电路的特点进行了分析，并且对于其设计技术进行了进一步的探索。

关键词：CMOS 集成电路 设计技术

中图分类号 ：G642 文献标识码：A

一般来说，集成电路其本身可以分为CMOS与TTL两类电路类型，CMOS具有较强的工作性能，并且其功耗较低，而TTL电路类型则具有更快的运行速度。CMOS电路由于其本身较强的性能特点，现阶段已经广泛地应用于集成电路的设计当中。CMOS集成电路在设计过程中，需要对于其电源、驱动、输入输出端与接口等设计时要予以重视。

1 CMOS集成电路的特点

（1） 运行功耗低。由于CMOS电路本身采用了场效应管，并且其内部结构设计大多应用互补结构，进而使得运行过程中两管处于不同的工作状态，其静态功耗值无限接近于零。而实际电路工作中，电路自身具有微量的功耗，经过测量可知，耽搁门电路的静态功耗小于20mW。

（2） 具有较强的抗干扰能力。在电路运行中，其本身的电压噪声容量为整个电压的45%，保证值则为整个电压数值的1/3。在电压升高的情况，其噪声容量也会不断增加。

（3） 电压范围与逻辑摆幅较大。由于其COMS电路的整体结构相对简单，供电电源电压较为稳定，工作电压限制较低。在其他不同类型的集成电路中，其逻辑电平值的摆幅较大，相关指标较高。

（4） 稳定性强。CMOS在工作时，其功耗较低，内部的实际发热量较少，并且内部电气参数由于其设计需求具有更高的对称性，工作中在外界温度发生变化时，内部参数可以相互补偿，进而其自身具有较强的温度稳定性。

（5） 驱动能力强。由于其电路本身具有较强的输入阻抗，因此其输出能力较强，一般能驱动超过50个输入端。

2 CMOS集成电路设计技术探索

2.1电源

一般来说，CMOS集成电路的电压在工作状态下需要维持在3-18V左右，但是如果电路中存在一些模拟应用时，最低电压需要保证在4V以上。CMOS电路本身具有较宽的工作电压，则电流电路选择上，可以不采用相关的稳压设备。电路的电压接线需要保证电压不超压和反接。

2.2驱动

CMOS集成电路自身具有较强的驱动能力，在电路设计上，可以采用一些并联的方式，将一些驱动能力较强的缓冲器进行连接，进而提高整个电路的驱动能力（驱动能力的增长随着并联门数量而变化）。

2.3输入输出端设计

（1）输入端的设计。首先，要对于多余的一些输入端进行处理。在进行电路的整体设计上，要避免出现输入端的悬空状态，使得电路的逻辑关系被破环。与此同时，输入端悬空会造成输入阻抗过高，提高了外界噪声干扰效果，使得整个集成电路产生误动，造成了静电击穿问题。对于与愤懑多余输入端的设计上，要采用低电平介入的方式，如果电路工作的速度较低，则可采用使用端和输入端并联的设计方式。其次，要对于输入端的长导线介入保护。在电路设计上，要对于内部的分布电容与电感进行控制，避免产生震荡，破环内部的二极管。再次，还要做好输入端的静电防护。在电路板进行运输或者组装调试的过程中，要做好接地，虽然CMOS电路自身具有一定抗静电能力，但是也要做好人工接地预防，避免出现静电击穿。最后，要减少输入信号的上升与下降时间，减少损耗，避免虚假触发。

（2）输出端的设计。在进行输出端设计上，要做好线路保护。CMOS器件的输出设计上，要避免出现电源短接和接地短接，减少电流对CMOS管的破环。CMOS集成电路中，输出端要避免并接，进而预防不同器件参数不同所造成的导通电流过大问题。要想提高电路驱动力，就需要保证输出端的器件参数与规格相同，并且保证经过严格验证后在进行并联。如果线路的容性负载过高，则要做好有效的串联预防，并且保证瞬态冲击电流大小小于10mA。

3 接口设计

在电路接口设计上，要对于整个电路进行严格架构，并且采用运放连接时，要保证电路中电源的独立。在整个电路中，要保证CMOS的接入电压小于10V。如果采用单电源，则可以采用直接连接的方式。如果CMOS电路与TTL电路进行混接，则电路中要对于电路之间电压、负载能力、输入输出电平的不同，设计一个转接电路，从而避免电路内器件受到损坏。在逻辑电平设计上，要保证其接口电路的电平匹配能力符合电路的需求。

4 结语

集成电路技术为当今高科技的快速发展增添了强大的动力。芯片集成度不断提高使得电路性能在每一项实践中越来越完善，为人类的科学进步奠定了强大的基础。总而言之，CMOS集成电路的应用范围十分广泛，其自身具有独特的特点和优势，在进行电路设计中，要对其中几个重点技术进行深入的探索和分析，进而提高整个电路设计水平。

参考文献

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