三態輸出八位雙向收發器電路設計

羅 晟，歐陽雪

（中國電子科技集團公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 設計要求與原理

本文介紹了一款全定制三態輸出八位雙向收發器電路的設計過程，包括電路的原理分析、邏輯設計、電路仿真及版圖設計。

1.1 設計要求

該電路的設計目標是設計實現一款三態輸出的八位總線雙向收發器，根據其應用場合和應用要求，要求具有高速、大驅動的特點。

1.2 設計原理

該電路共有16位雙向總線端口、2個控制端口、電源地端口各1個，共20個端口。電路真值表見表1。

圖1 原理框圖

表1 電路端口真值表

2 電路設計流程

根據電路功能及規模，首先確定了電路的目標工藝。該電路工作在5V電源電壓，具有高速、大驅動的特點。因此根據評估，擬采用0.6μm CMOS工藝進行流片。該電路主要參數如下：

（1）工作電壓：5V；（2）輸入信號：TTL兼容；（3）輸出信號高電平：2.4V（IOH=-12mA，Min）；（4）輸出信號低電平：0.55V（IOL=48mA，Max）；（5）輸入輸出延時：1.5ns ～7.5ns。

2.1 邏輯設計

該電路邏輯簡單，邏輯設計采用全定制正向設計，為提高TTL性能，在輸入TTL結構上增加了滯環結構。同時，基于采用的0.6μm CMOS工藝，在ESD保護方面也做了部分優化設計。

電路整體邏輯包括輸入PAD、TTL反相器、收發控制邏輯和輸出PAD。

輸入ESD保護結構采用了常用的MOS管結構，雙向端口的ESD保護設計方案也同樣采用了MOS管結構。輸入TTL部分，為提高TTL兼容性，我們優化設計成了帶滯環結構的TTL輸入，反相器與滯環PMOS管的寬長比根據仿真值做了修改，高低電平翻轉電壓通過仿真進行了確定。輸出PAD設計主要是基于輸出驅動能力的要求，通過仿真確認輸出驅動PMOS、NMOS管的寬長比。

2.2 版圖設計

該電路的整體版圖內核較小，設計難點主要集中在外圍端口設計。

雙向PAD部分，版圖在端口上將MOS管設計為外圍環形隔離的結構，有利于提高電路的防LATCH UP性能。在電路外圍，則增加了一圈N+保護環連接到電源。輸出驅動部分，根據邏輯仿真的結果對驅動能力進行設計，同時為減小大驅動噪聲，驅動管柵端加入多晶電阻，逐級開啟。

整體版圖設計時，在電源、地之間增加了MOS管及二極管保護結構，以改善ESD性能。同時，電路NMOS管加入了ESD注入層，可從工藝層面提高電路抗ESD性能。

2.3 電路仿真及驗證

電路仿真采用HSPICE工具，0.6μm CMOS模型庫。仿真分功能仿真、交流參數仿真、直流參數仿真以及電流功耗仿真。仿真項目以產品設計手冊中的項目為參考，使所用參數得到仿真覆蓋。

電路設計過程中共進行了DRC、LVS、ERC驗證，并通過LPE提取了帶寄生參數的網表進行后仿真，使各項參數滿足設計要求。

3 電路實測結果

電路流片完成，經封裝后進行了成品測試，各項參數指標均滿足設計要求，具體測試參數見表2。

表2 電路主要參數實測值

4 結束語

該款三態輸出八位雙向收發器電路的設計，我們從理論原理入手，充分理解電路邏輯，采用全定制正向設計方案設計完成了整個電路，并在設計過程中進行了充分的仿真和驗證，以確保電路功能正確性和可靠性。成品電路經測試，各項功能指標均符合設計要求。

[1]三態輸出八位雙向收發器電路設計報告.

[2]程京，等. 數字通信原理[M]. 北京：電子工業出版社，2001.

[3]沈越泓，高媛媛，魏以民. 通信原理[M]. 北京：機械工業出版社，2005.