CMOS集成電路設計技術探索和分析

羅廣存

摘要：CMOS集成電路其本身具有較強的工作性能，并且運行時功耗相對較低，其被廣泛地應用在電子元器件的設計當中。在集成電路技術迅猛發展的情況下，隨著芯片集成的強化與電路性能的提高，在對產品進行開發的過程中采用傳統方法和手段顯然已經不能與快速發展的現代社會相適應了。因此，對集成電路的設計技術進行探索和分析，并不斷地進行升級、改造和完善，是其發展的必然要求。本文對于CMOS集成電路的特點進行了分析，并且對于其設計技術進行了進一步的探索。

關鍵詞：CMOS 集成電路 設計技術

中圖分類號 ：G642 文獻標識碼：A

一般來說，集成電路其本身可以分為CMOS與TTL兩類電路類型，CMOS具有較強的工作性能，并且其功耗較低，而TTL電路類型則具有更快的運行速度。CMOS電路由于其本身較強的性能特點，現階段已經廣泛地應用于集成電路的設計當中。CMOS集成電路在設計過程中，需要對于其電源、驅動、輸入輸出端與接口等設計時要予以重視。

1 CMOS集成電路的特點

（1） 運行功耗低。由于CMOS電路本身采用了場效應管，并且其內部結構設計大多應用互補結構，進而使得運行過程中兩管處于不同的工作狀態，其靜態功耗值無限接近于零。而實際電路工作中，電路自身具有微量的功耗，經過測量可知，耽擱門電路的靜態功耗小于20mW。

（2） 具有較強的抗干擾能力。在電路運行中，其本身的電壓噪聲容量為整個電壓的45%，保證值則為整個電壓數值的1/3。在電壓升高的情況，其噪聲容量也會不斷增加。

（3） 電壓范圍與邏輯擺幅較大。由于其COMS電路的整體結構相對簡單，供電電源電壓較為穩定，工作電壓限制較低。在其他不同類型的集成電路中，其邏輯電平值的擺幅較大，相關指標較高。

（4） 穩定性強。CMOS在工作時，其功耗較低，內部的實際發熱量較少，并且內部電氣參數由于其設計需求具有更高的對稱性，工作中在外界溫度發生變化時，內部參數可以相互補償，進而其自身具有較強的溫度穩定性。

（5） 驅動能力強。由于其電路本身具有較強的輸入阻抗，因此其輸出能力較強，一般能驅動超過50個輸入端。

2 CMOS集成電路設計技術探索

2.1電源

一般來說，CMOS集成電路的電壓在工作狀態下需要維持在3-18V左右，但是如果電路中存在一些模擬應用時，最低電壓需要保證在4V以上。CMOS電路本身具有較寬的工作電壓，則電流電路選擇上，可以不采用相關的穩壓設備。電路的電壓接線需要保證電壓不超壓和反接。

2.2驅動

CMOS集成電路自身具有較強的驅動能力，在電路設計上，可以采用一些并聯的方式，將一些驅動能力較強的緩沖器進行連接，進而提高整個電路的驅動能力（驅動能力的增長隨著并聯門數量而變化）。

2.3輸入輸出端設計

（1）輸入端的設計。首先，要對于多余的一些輸入端進行處理。在進行電路的整體設計上，要避免出現輸入端的懸空狀態，使得電路的邏輯關系被破環。與此同時，輸入端懸空會造成輸入阻抗過高，提高了外界噪聲干擾效果，使得整個集成電路產生誤動，造成了靜電擊穿問題。對于與憤懣多余輸入端的設計上，要采用低電平介入的方式，如果電路工作的速度較低，則可采用使用端和輸入端并聯的設計方式。其次，要對于輸入端的長導線介入保護。在電路設計上，要對于內部的分布電容與電感進行控制，避免產生震蕩，破環內部的二極管。再次，還要做好輸入端的靜電防護。在電路板進行運輸或者組裝調試的過程中，要做好接地，雖然CMOS電路自身具有一定抗靜電能力，但是也要做好人工接地預防，避免出現靜電擊穿。最后，要減少輸入信號的上升與下降時間，減少損耗，避免虛假觸發。

（2）輸出端的設計。在進行輸出端設計上，要做好線路保護。CMOS器件的輸出設計上，要避免出現電源短接和接地短接，減少電流對CMOS管的破環。CMOS集成電路中，輸出端要避免并接，進而預防不同器件參數不同所造成的導通電流過大問題。要想提高電路驅動力，就需要保證輸出端的器件參數與規格相同，并且保證經過嚴格驗證后在進行并聯。如果線路的容性負載過高，則要做好有效的串聯預防，并且保證瞬態沖擊電流大小小于10mA。

3 接口設計

在電路接口設計上，要對于整個電路進行嚴格架構，并且采用運放連接時，要保證電路中電源的獨立。在整個電路中，要保證CMOS的接入電壓小于10V。如果采用單電源，則可以采用直接連接的方式。如果CMOS電路與TTL電路進行混接，則電路中要對于電路之間電壓、負載能力、輸入輸出電平的不同，設計一個轉接電路，從而避免電路內器件受到損壞。在邏輯電平設計上，要保證其接口電路的電平匹配能力符合電路的需求。

4 結語

集成電路技術為當今高科技的快速發展增添了強大的動力。芯片集成度不斷提高使得電路性能在每一項實踐中越來越完善，為人類的科學進步奠定了強大的基礎。總而言之，CMOS集成電路的應用范圍十分廣泛，其自身具有獨特的特點和優勢，在進行電路設計中，要對其中幾個重點技術進行深入的探索和分析，進而提高整個電路設計水平。

參考文獻

[1]劉任翔，王楊權，徐浙磊，徐闖.CMOS集成電路電阻的應用探析[J].黑龍江科技信息.2013（31）.

[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）.

[3]李庚，李厚清.一種低電壓亞閾值CMOS基準電路的設計[J].計算機與數字工程.2010（07）.