低功耗CMOS集成電路設計方法分析

戚元澤 海南師范大學物理與電子工程學院

低功耗CMOS集成電路設計方法分析

戚元澤 海南師范大學物理與電子工程學院

在設計電子元器件的過程中，CMOS集成電路由于具有較低的運行能耗，且工作性能相對較強，因而獲得極大的應用和推廣。隨著集成電路相關技術的飛速發展，電路性能得到了良好的提升，集成芯片也得到了有效的強化，而傳統的設計方法依然不能適應不斷發展的需求。因此本文對低功耗CMOS集成電路設計的方法進行了深入的研究，分析了CMOS繼承電路的主要特點，從而詳細的闡述了低功耗CMOS集成電路設計的具體方法。

低功耗；CMOS集成電路；設計方法；分析

1.低功耗CMOS集成電路的基本特點

低功耗的CMOS集成電路，其基本的特點主要有以下幾點：一是較低的運行功耗。因為該電路使用了場效應管，其內部有很多互補結構，因此在運行時所處的工作狀態也有較大的不同。二是抗干擾能力強。在整個集成電路運行的過程中，其電壓噪聲容量占比為百分之四十五。而隨著電壓的增加，其噪聲的容量也會不斷的增加。三是驅動能力強。由于電路自身的輸入阻抗較強，因而其驅動能力也相對較強。四是穩定性強。該電路在運行的過程中，其內部散發的熱量實際較少，而當外部出現較大的溫度變化時，內部參數就能達到相互補償的目的。五是電路邏輯與范圍的擺幅相對較大。

2.低功耗CMOS集成電路的設計方法

2.1 電源

通常情況下，低功耗CMOS集成電路在

工作的過程中，其電壓應該保持在3～18V左右。但是當一些模擬的應用存在于集成電路中時，就必須保證最低電壓在4V以上。低功耗CMOS集成電路本身的工作電壓相對較寬，因此在選擇電流電路的過程中，對于穩壓的設備，則無需加以考慮。但是電路的電壓在進行接線的過程中，則必須確保電壓不會被反接或者不超壓。

2.2 驅動

低功耗CMOS集成電路由于本身的驅動能力較強，因此在設計電路的過程中，可以通過并聯的方式，連接一些具有較強驅動能力的緩沖器，這樣才能將整個集成電路的驅動能力有效的提高。而隨著并聯數量的不斷改變，驅動能力也會隨之增長。

2.3 設計輸出、輸入端

（1）設計輸出端。在設計輸出端的過程中，首先要采取有效的措施保護好線路。同時在設計CMOS的輸出器件的過程中，要防止發生接地短接以及電源短接，從而避免電流破壞CMOS管。在低功耗CMOS集成電路中，還要防止出現輸出端并接，這樣才能有效的避免不同器件的不同參數，導致其出現電流導通過大的問題。而為了促使電路獲得較高的驅動能力，就需要確保輸出端的器件規格以及參數相一致，同時還要對其進行嚴格的驗證，然后才能進行并聯。

（2）設計輸入端。在設計輸入端的過程中，先要處理一些多余的輸出端。而在設計整體電路的過程中，還要防止輸入端發生懸空的現象，從而避免破壞電路的邏輯關系。而如果輸入端出現了懸空的現象，還會導致出現較高的輸入阻抗，并將外界噪聲的干擾性增大，從而使得集成的整個電路出現錯誤動作，進而引發靜電擊穿等故障。而在設計一些多余的輸入端的過程中，則必須采用介入低電平的方式。電路工作時如果速度相對較慢，就需要采用輸入端與使用短并聯的方式進行設計，并且還要介入保護輸入端的長導線。在設計電路的過程中，還需要控制內部的電感以及分布電容，防止發生震蕩，從而對內部的二極管造成破壞。同時還需要保護好輸入端的靜電，并且在運輸、組裝以及調試電路板的過程中，還需要將接地工作做好。盡管低功耗CMOS集成電路抗靜電能力相對較好，但還是需要人工做好接地防護。從而防止發生靜電擊穿的問題。另外，還要將信號輸入的上升以及下降的實踐減少，避免出現較大的損耗，從而防止虛假觸發。

（3）接口設計。在設計電路接口的過程中，要嚴格的構架整個集成電路，同時在運放連接的過程中，要確保電源在電路中時獨立的。而在整個CMOS集成電路中，還要將接入CMOS電路的電壓嚴格控制在10V以下。若使用單一的電源，就可以通過直接連接的方式進行接口設計。而若使用TTL電路與CMOS集成電路混接的方式，則針對集成電路中不同的輸出輸入電平、負載能力以及電路電壓等，還需要進行一個轉接電路設計，從而防止集成電路上的各個內部器件出現損壞。在設計邏輯電平的過程中，還要確保接口電路匹配的電平能夠滿足電路的要求。

3.總結

綜上所述，通過對低功耗CMOS集成電路設計方法的分析，可以看出，隨著集成電路技術的飛速發展，使得電路的性能也獲得了較大的提高，而在電子元器件生產設計的過程中，低功耗CMOS集成電路本身也獲得了廣泛的應用和推廣。

[1]馬芝.低功耗方法在SoC芯片設計中的應用[J].中國集成電路,2010,07:38-41+46.

[2]劉翀,涂煜金.淺談低功耗CMOS集成電路設計方法[J].硅谷,2010,21:52.

[3]羅廣存.CMOS集成電路設計技術探索和分析[J].科技資訊,2015,02:10.

[4]石江華,韓志剛,徐鵬程.基于gm/ID的CMOS模擬集成電路設計方法及應用[J].微型機與應用,2014,21:25-28.