面向數(shù)?；旌螹CU芯片的I-O Cell的設(shè)計.pdf

1、目前市場對電子產(chǎn)品的低功耗和小型化的要求越來越高，集成電路的設(shè)計需要圍繞功耗、面積和性能不斷優(yōu)化。I/OCell是設(shè)計一顆完整芯片不可或缺的組成部分。當(dāng)考慮降低芯片功耗、減小芯片面積和提高芯片性能時，I/OCell成為關(guān)鍵的一部分?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)工藝的不斷進(jìn)步是降低芯片功耗、減小芯片面積和提高芯片性能的主要途徑，而這也導(dǎo)致多種工藝制程的芯片間互連

2、出現(xiàn)不兼容現(xiàn)象。為解決這種不兼容，同時為滿足MCU芯片對低功耗和引腳數(shù)模復(fù)用的要求，本文設(shè)計了一種可以使得芯片功耗更低，更易被集成在印制電路板級系統(tǒng)的I/OCell。
　　本文首先分析目前CMOS工藝發(fā)展?fàn)顩r，以及不同CMOS工藝制程的芯片在板級互連不兼容的現(xiàn)象。同時針對微控制器(MicroControlUnit，MCU)芯片的特殊要求，對I/OCell給出相應(yīng)的功能特性和性能指標(biāo)要求。隨后對滿足和實現(xiàn)這些要求的I/OCell，所

3、遇到的技術(shù)問題和解決方法進(jìn)行深入分析，如支持多電平I/OCell會遇到幾個主要的問題：熱載流子退化、柵氧過壓和不良的漏電流路徑，以及閂鎖效應(yīng)。針對這些問題，討論和分析各種應(yīng)對技術(shù)和電路結(jié)構(gòu)，如MOS管分壓技術(shù)、電平轉(zhuǎn)換電路和ESD保護(hù)電路。本文設(shè)計面向MCU芯片的I/OCell，即支持?jǐn)?shù)模復(fù)用和掉電保持的多電平I/OCell。分析支持多電平I/OCell的結(jié)構(gòu)和電路，支持掉電保持的多電平I/OCell的結(jié)構(gòu)和電路，支持?jǐn)?shù)模復(fù)用和掉電保持

4、的多電平I/OCell的結(jié)構(gòu)和電路。通過對本文設(shè)計的支持?jǐn)?shù)模復(fù)用和掉電保持的多電平I/OCell進(jìn)行版圖設(shè)計和仿真驗證，仿真數(shù)據(jù)和驗證分析表明設(shè)計的I/OCell滿足所提出的各項功能要求和性能指標(biāo)，適用于MCU芯片應(yīng)用。
　　本文創(chuàng)新之處在于改進(jìn)現(xiàn)有的I/OCell，使其適用于MCU芯片，以及其他SoC芯片。該I/OCell設(shè)計采用0.18μmCMOS工藝，只使用薄柵氧MOS器件設(shè)計，可以兼容5.0V、3.3V、1.8V、1.2V