课 程 设 计
课程名称 集成电路课程设计 题目名称 74HC138芯片3-8线译码器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师
2015年 7 月 11 日
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目录
【摘要】 ........................................................................................................................................................... 1. 设计目的与任务 ....................................................................................................................................- 1 - 2. 设计要求及内容 ....................................................................................................................................- 1 - 3. 设计方法及分析 ....................................................................................................................................- 2 -
3.1 74HC138芯片简介 ......................................................................................................................- 2 - 3.2 工艺和规则及模型文件的选择 .................................................................................................- 3 - 3.3 电路设计 ......................................................................................................................................- 4 -
3.3.1 输出级电路设计 .............................................................................................................- 4 - 3.3.2． 内部基本反相器中的各MOS 尺寸的计算 ................................................................- 6 - 3.3.3． 四输入与非门MOS尺寸的计算.................................................................................- 7 - 3.3.4． 三输入与非门MOS尺寸的计算.................................................................................- 8 - 3.3.5． 输入级设计 ...................................................................................................................- 9 - 3.3.6． 缓冲级设计 .................................................................................................................- 10 - 3.3.7． 输入保护电路设计 ................................................................................................... - 11 - 3.4. 功耗与延迟估算 .......................................................................................................................- 13 -
3.4.1. 模型简化 ........................................................................................................................- 13 - 3.4.2. 功耗估算 ........................................................................................................................- 14 - 3.4.3. 延迟估算 ........................................................................................................................- 14 - 3.5. 电路模拟 ...................................................................................................................................- 15 -
3.5.1 直流分析 .........................................................................................................................- 16 - 3.5.2 瞬态分析 .......................................................................................................................- 18 - 3.5.3 功耗分析 .......................................................................................................................- 20 - 3.6. 版图设计 ...................................................................................................................................- 21 -
3.6.1 输入级的设计 ...............................................................................................................- 21 - 3.6.2 内部反相器的设计 .......................................................................................................- 22 - 3.6.3 输入和输出缓冲门的设计 ...........................................................................................- 22 - 3.6.4 三输入与非门的设计 ...................................................................................................- 23 - 3.6.5 四输入与非门的设计 ...................................................................................................- 24 - 3.6.6 输出级的设计 ...............................................................................................................- 24 - 3.6.7 调用含有保护电路的pad元件 ...................................................................................- 25 - 3.6.8 总版图 ...........................................................................................................................- 25 - 3.7. 版图检查 ...................................................................................................................................- 25 -
3.7.1 版图设计规则检查（DRC） .......................................................................................- 25 - 3.7.2 电路网表匹配（LVS）检查 ........................................................................................- 26 - 3.7.3 后模拟 ...........................................................................................................................- 26 -
4. 经验与体会 ..........................................................................................................................................- 27 - 5. 参考文献 ..............................................................................................................................................- 28 - 附录A：74HC138电路总原理图 ...........................................................................................................- 29 - 附录B：74HC138 芯片版图 ....................................................................................................................- 30 -
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【摘要】
现代社会正在飞速的发展，集成电路已经成为现代科技发展的支柱产业，现代技术产业的心脏，可以说，没有集成电路，就没有现代社会。集成电路发展迅猛，按功能结构分类集成电路可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。按制作工艺分类集成电路可分为半导体集成电路和膜集成电路。按集成度高低分类集成电路可分为 SSI小规模集成电路、MSI中规模集成电路、LSI大规模集成电路、VLSI超大规模集成电路、ULSI特大规模集成电路、GSI 巨大规模集成电路也被称作极大规模集成电路或超特大规模集成电路。其中3-8译码器是集成电路设计中一个典型的芯片，集成电路设计方法、原理和流程是可以从中体现出来。
【关键词】：集成电路设计 74HC138 Tranner Pro 版图
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1. 设计目的与任务
本课程设计是《集成电路分析与设计基础》的实践课程，其主要目的是使学生在熟悉集成电路制造技术、半导体器件原理和集成电路分析与设计的基础上，训练综合运用已掌握的知识，利用相关软件，初步熟悉和掌握集成电路芯片的系统设计→电路设计及模拟→版图设计→版图验证等正向设计方法。
2. 设计要求及内容
2.1 器件名称
3-8线译码器的74HC138芯片 2.2 要求的电路性能指标
(1) 可驱动10个LSTTL电路（相当于15pF电容负载）； (2) 输出高电平时，IOH?20?A ，VOH,min?4.4V (3) 输出底电平时，IOL?4mA，VOL,min?0.4V (4) 输出级充放电时间tr?tf，tr?25ns
(5) 工作电源5V，常温工作，工作频率fwork?30MHz，总功耗Pmax?150mW。 2.3 设计内容
(1) 功能分析及逻辑设计； (2) 电路设计； (3) 估算功耗与延时； (4) 电路模拟与仿真；
(5) 版图设计（全手工、层次化设计）； (6) 版图检查：DRC与LVS； (7) 后仿真(选做)； (8) 版图数据提交。 2.4 设计要求
(1) 按题目要求，独立完成设计全过程； (2) 设计时使用的工艺及设计规则；
(3) 根据所用的工艺，选取合理的模型库，使用其参数进行相关计算； (4) 选用以lambda(λ)为单位的设计规则。
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3. 设计方法及分析 3.1 74HC138芯片简介
74HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC138译码器可接受3位二进制加权地址输入（A0, A1和A2），并当使能时，提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。74HC138特有3个使能输入端：两个低有效（E1和E2）和一个高有效（E3）。除非E1和E2置低且E3置高，否则74HC138将保持所有输出为高。利用这种复合使能特性，仅需4片74HC138芯片和1个反相器，即可轻松实现并行扩展，组合成为一个1-32（5线到32线）译码器。它的管脚图如图3-1所示，其逻辑真值表如表3-1所示。
图3-1 74HC138引脚图
表3-1 74HC138真值表
INPUTS 输入 ENABLE 使能 E3 X L X H H H H H H H H E2 X X H L L L L L L L L E1 H X X L L L L L L L L ADDRESS地址 A2 X X X L L L L H H H H A1 X X X L L H H L L H H A0 X X X L H L H L H L H Y0 H H H L H H H H H H H Y1 H H H H L H H H H H H Y2 H H H H H L H H H H H Outputs输出 Y3 H H H H H H L H H H H Y4 H H H H H H H L H H H Y5 H H H H H H H H L H H Y6 H H H H H H H H H L H Y7 H H H H H H H H H H L
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