羅 晟，歐陽雪

（中國電子科技集團(tuán)公司第58研究所，江蘇 無錫 214035）

1 設(shè)計要求與原理

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

1.1 設(shè)計要求

該電路的設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計實現(xiàn)一款三態(tài)輸出的八位總線雙向收發(fā)器，根據(jù)其應(yīng)用場合和應(yīng)用要求，要求具有高速、大驅(qū)動的特點。

1.2 設(shè)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(shè)計流程

根據(jù)電路功能及規(guī)模，首先確定了電路的目標(biāo)工藝。該電路工作在5V電源電壓，具有高速、大驅(qū)動的特點。因此根據(jù)評估，擬采用0.6μm CMOS工藝進(jìn)行流片。該電路主要參數(shù)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(shè)計

該電路邏輯簡單，邏輯設(shè)計采用全定制正向設(shè)計，為提高TTL性能，在輸入TTL結(jié)構(gòu)上增加了滯環(huán)結(jié)構(gòu)。同時，基于采用的0.6μm CMOS工藝，在ESD保護(hù)方面也做了部分優(yōu)化設(shè)計。

電路整體邏輯包括輸入PAD、TTL反相器、收發(fā)控制邏輯和輸出PAD。

輸入ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)采用了常用的MOS管結(jié)構(gòu)，雙向端口的ESD保護(hù)設(shè)計方案也同樣采用了MOS管結(jié)構(gòu)。輸入TTL部分，為提高TTL兼容性，我們優(yōu)化設(shè)計成了帶滯環(huán)結(jié)構(gòu)的TTL輸入，反相器與滯環(huán)PMOS管的寬長比根據(jù)仿真值做了修改，高低電平翻轉(zhuǎn)電壓通過仿真進(jìn)行了確定。輸出PAD設(shè)計主要是基于輸出驅(qū)動能力的要求，通過仿真確認(rèn)輸出驅(qū)動PMOS、NMOS管的寬長比。

2.2 版圖設(shè)計

該電路的整體版圖內(nèi)核較小，設(shè)計難點主要集中在外圍端口設(shè)計。

雙向PAD部分，版圖在端口上將MOS管設(shè)計為外圍環(huán)形隔離的結(jié)構(gòu)，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(hù)環(huán)連接到電源。輸出驅(qū)動部分，根據(jù)邏輯仿真的結(jié)果對驅(qū)動能力進(jìn)行設(shè)計，同時為減小大驅(qū)動噪聲，驅(qū)動管柵端加入多晶電阻，逐級開啟。

整體版圖設(shè)計時，在電源、地之間增加了MOS管及二極管保護(hù)結(jié)構(gòu)，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(shù)仿真、直流參數(shù)仿真以及電流功耗仿真。仿真項目以產(chǎn)品設(shè)計手冊中的項目為參考，使所用參數(shù)得到仿真覆蓋。

電路設(shè)計過程中共進(jìn)行了DRC、LVS、ERC驗證，并通過LPE提取了帶寄生參數(shù)的網(wǎng)表進(jìn)行后仿真，使各項參數(shù)滿足設(shè)計要求。

3 電路實測結(jié)果

電路流片完成，經(jīng)封裝后進(jìn)行了成品測試，各項參數(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，具體測試參數(shù)見表2。

表2 電路主要參數(shù)實測值

4 結(jié)束語

該款三態(tài)輸出八位雙向收發(fā)器電路的設(shè)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(shè)計方案設(shè)計完成了整個電路，并在設(shè)計過程中進(jìn)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(jīng)測試，各項功能指標(biāo)均符合設(shè)計要求。

[1]三態(tài)輸出八位雙向收發(fā)器電路設(shè)計報告.

[2]程京，等. 數(shù)字通信原理[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[3]沈越泓，高媛媛，魏以民. 通信原理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.