HY523 Εργαςτηριακή Σχεδίαςη Ψηφιακών Κυκλωμάτων με εργαλεία Ηλεκτρονικού Σχεδιαςτικού Αυτοματιςμού Διδάςκων: Χ. Σωτηρίου http://www.csd.uoc.gr/~hy523 1 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ Περιεχόμενα Δομζσ Ειςόδου/Εξόδου Εξωτερικό Πλαίςιο Ολοκλθρωμζνου Ηλεκτροςτατικι Εκφόρτιςθ Ηλεκτροςτατικι Προςταςία Κφκλωμα Ειςόδων - Δίοδοι Προςταςίασ Τεχνικι Σχεδίαςθσ Τρανηίςτορ μεγάλου Πλάτουσ (W) Βραχυκφκλωμα Υποςτρϊματοσ (Latch-up) 2 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 1
Δομέσ Ειςόδου, Εξόδου Μεταφζρουν τα εςωτερικά/εξωτερικά ςιματα του Ολοκλθρωμζνου ςτισ ακίδεσ του Πακζτου Οι ακίδεσ ςυνδζονται ςε μεταλλικά επικζματα (pads) Είδθ επικεμάτων: Ειςόδου Εξόδου Ειςόδου και Εξόδου Τάςθ Πθγισ (Vdd1, Vdd2, ) Γείωςθ (Vss) Γζμιςμα (Filler), για να ςυμπλθρϊνει κενό χϊρο ςτο πλαίςιο 3 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ Vdd/Vss Επιθέματα Πωσ υπολογίηουμε τον αρικμό των απαιτοφμενων Vdd/Vss επικεμάτων; Υπολογίηουμε τθν απαιτοφμενθ ιςχφ για τυπικι λειτουργία, P τυπ, και επίςθσ τθν μζγιςτθ ιςχφ, P μζγ Βάςθ τθσ μζγιςτθσ ιςχφοσ υπολογίηουμε το απαιτοφμενο ρεφμα που πρζπει να τροφοδοτθκεί, ωσ: P I avg V dd Κατόπιν, βάςθ του ρεφματοσ που μπορεί να τροφοδοτιςει 1 ηεφγοσ Vdd/Vss υπολογίηουμε τον ςυνολικό απαιτοφμενο αρικμό τουσ 4 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 2
Δομέσ Ειςόδου, Εξόδου - Pad 5 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ Δομέσ Ειςόδου, Εξόδου - Pad Ζνα επίκεμα περιλαμβάνει Τον χϊρο επικζματοσ/επικόλλθςθσ (bonding pad), όπου και επικολλείται το ςφρμα διαςφνδεςθσ επικζματοσ και ακίδασ Προςτατευτικό κφκλωμα Ηλεκτροςτατικισ Εκφόρτιςθσ Ενιςχυτικι διάταξθ (buffer) και απλό λογικό κφκλωμα Τα επικζματα του κυκλϊματοσ, μαηί με 4 γωνίεσ και γεμίςματα, κλείνουν το εξωτερικό πλαίςιο του ολοκλθρωμζνου (pad frame) 6 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 3
Εξωτερικό Πλαίςιο Ολοκληρωμένου Pad Frame Ο λόγοσ φψουσ και πλάτουσ εξαρτάται και ορίηεται από το πακζτο Επίθεμα Χϊροσ Πυρινα Γέμισμα ; Γωνία (Corner) 7 Εσωτερική ΗΥ523 Παροχή - Χωροκζτθςθ Ρεύματος Επιθεμάτων Επιρροή Πλαιςίου ςτο Εμβαδό Οριςμζνο από τον Πυρινα (Core-Limited) Η περιφζρεια ειςόδων εξόδων είναι μικρότερθ από το ορκογϊνιο του πυρινα Κενά μεταξφ των επικεμάτων προςκζτουμε ςυγκολλθτικά (pad filler) Οριςμζνο από τθν Περιφζρεια Επικεμάτων (Pad-Limited) Η περιφζρεια εςόδων εξόδων είναι μεγαλφτερθ από το ορκογϊνιο του πυρινα Ο αρικμόσ των επικεμάτων κακορίηει το εμβαδό! Περιςςότεροσ κενόσ χϊροσ ςτον πυρινα! 8 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 4
Εξωτερικό Πλαίςιο Ολοκληρωμένου Pad Frame Ο λόγοσ φψουσ και πλάτουσ εξαρτάται και ορίηεται από το πακζτο Χϊροσ Πυρινα Αυςτθρόσ υπολογιςμόσ των διαςτάςεων! 9 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ Δομέσ Ειςόδου, Εξόδου - Pad 10 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 5
Ηλεκτροςτατική Εκφόρτιςη Η θλεκτροςτατικι εκφόρτιςθ ςυντελείται όταν το ςτατικό φορτίο που βρίςκεται αποκθκευμζνο ςτο ανκρϊπινο ςϊμα μεταφζρεται, μζςω επαφισ, ςε τρανηίςτορ του ολοκλθρωμζνου Παράδειγμα: αν το φορτίο Q εκφορτίηεται ωσ ρεφμα 10μΑ για 1μsec ςε χωρθτικότθτα 0.025pF, τότε: 6 6 Q I. t 10.10.1.10 V 400V 12 C C 0.025.10 Δυναμικό τζτοιασ τάςθσ καταςτρζφει τον MOS πυκνωτι του τρανηίςτορ (διάρρθξθ οξζωσ) 11 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ Ηλεκτροςτατική Προςταςία Βαςικό Κύκλωμα Η αντίςταςθ, R, περιορίηει το μζγιςτο ρεφμα Οι δίοδοι/τρανηίςτορ διοχετεφουν το Vz ςτθν γείωςθ ι πθγι ανάλογα, ζτςι ϊςτε να μθν ςυντελεςτεί εςωτερικι ροι ρεφματοσ 12 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 6
Ηλεκτροςτατική Προςταςία Pad Ειςόδου 13 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ Ηλεκτροςτατική Προςταςία Pad Ειςόδου PMOS τρανζίςτορ 14 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 7
Τεχνική για μεγάλα Τρανζίςτορ Μονή Πύλη Διπλή Πύλη (αναδιπλωμένη) Μικρότερη Χωρητικότητα Διάχυσης 15 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ CMOS Latch-up Τα CMOS τρανηίςτορ, ειδικά τα μεγάλα, είναι επιρρεπι ςτο φαινόμενο Κλειςτοφ Κυκλϊματοσ (Latch up) Αυτό προκφπτει από τα παραςιτικά διπολικά τρανηίςτορ που ςυνυπάρχουν ςε πφλεσ CMOS 16 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 8
CMOS Latch-up Ιςοδύναμο Κύκλωμα Οι τιμζσ των αντιςτάςεων R well και R sub κακορίηουν τθν τάςθ ςτισ ειςόδουσ (εκπομπείσ) των Q1, Q2 Πρζπει: R well και R sub 0 Διαφορετικά, δθμιουργείται κλειςτό κφκλωμα μεταξφ Vdd, Vss. 17 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ 9