半导体集成电路部分习题答案(朱正涌)

第 1 章 集成电路的基本制造工艺 1.6 一般 TTL 集成电路与集成运算放大器电路在选择外延层电阻率上有何区别?为什么? 答：集成运算放大器电路的外延层电阻率比一般 TTL 集成电路的外延层电阻率高。 第 2 章 集成电路中的晶体管及其寄生效应 复 习 思 考 题 2.2 利用截锥体电阻公式，计算 TTL“与非”门输出管的 ，其图形如图题 2.2CSr 所示。 提示：先求截锥体的高度 -upBLepimcjepi TxT 然后利用公式： ， baWrc/ln1 212BLCESCWRr LTc/l3 321CCSrr 注意：在计算 W、L 时, 应考虑横向扩散。 2.3 伴随一个横向 PNP 器件产生两个寄生的 PNP 晶体管，试问当横向 PNP 器件在 4 种可 能的偏置情况下，哪一种偏置会使得寄生晶体管的影响最大? 答：当横向 PNP 管处于饱和状态时，会使得寄生晶体管的影响最大。 2.8 试设计一个单基极、单发射极和单集电极的输出晶体管，要求其在 20mA 的电流负载 下 ， 0.4V，请在坐标纸上放大 500 倍画出其版图。给出设计条件如下：OLV 答： 解题思路 由 、 求有效发射区周长 ；0IEefL 由设计条件画图 先画发射区引线孔； 由孔四边各距 画出发射区扩散孔；AD 由 先画出基区扩散孔的三边；A 由 画出基区引线孔；BE 2 由 画出基区扩散孔的另一边；AD 由 先画出外延岛的三边； 由 画出集电极接触孔；CB 由 画出外延岛的另一边；AD 由 画出隔离槽的四周；Id 验证所画晶体管的 是否满足 的条件，若不满足，则要对所作CSrVOL4.0 的图进行修正，直至满足 的条件。 （ 及己知CSOLrI0E ）VC05.ES 第 3 章 集成电路中的无源元件 复 习 思 考 题 3.3 设计一个 4k 的基区扩散电阻及其版图。 试求： (1) 可取的电阻最小线宽 =?你取多少?minRW 答：12m (2) 粗估一下电阻长度，根据隔离框面积该电阻至少要几个弯头? 答：一个弯头 第 4 章 晶体管 晶体管逻辑(TTL)电路 复 习 思 考 题 4.4 某个 TTL 与非门的输出低电平测试结果为 =1V。试问这个器件合格吗?上OLV 机使用时有什么问题? 答：不合格。 4.5 试分析图题 4.5 所示 STTL 电路在导通态和截止态时各节点的电压和电流，假定各管的 =20, 和一般 NPN 管相同， =0.55V, =0.40.5V, BEFVBCFVCESV =0.1 0.2V。 答：（1）导通态（输出为低电平）1CESV 3 ， ， ， ， ，VB1.2VB5.12B2.13VB5.04B8.05 ， ，mAIR mAICR942 mAIIRER23 ， ， ，B0.304BIB.5B.6 ， ，IE72RC.36ICL2.7 （2）截止态（输出为高电平） ， ， ，VB1.B5.02VB95.41B.4 ， ， ， 与 有关mAIR79AIR40652II4BI0 21BRCH 4.7 要求图题 4.7 所示电路在低电平输出时带动 20 个同类门，试计算输出管 的集电极5Q 串联电阻的最大值 ,max 是多少?5CSr 答：24 4.8 试分析图题 4.8 所示两种电路在逻辑功能上的差别及产生差别的原因，并写出 F，F 的逻辑表达式。 答： , BCAFBAF 4.9 写出图题 4.9 所示电路的输入与输出的逻辑关系。 答： DE 4.11 写出图题 4.11 所示电路的 Q 与 A，B 的逻辑关系，并说明为什么输出级一定要用有 源泄放电路。 答： A 第 5 章 发射极耦合逻辑(ECL)电路 不做习题 4 第 6 章 集成注入逻辑( )电路LI2 不做习题 第 7 章 MOS 反相器 复 习 思 考 题 7.1 已知一自举反相器如图题 7.1 所示，其负载管的 W/L=2，设其他参数为 =0.7V, =5V, ，忽略衬底偏置效应。TVD25/10VAk (1) 当 时，欲使 =0.3V，驱动管应取何尺寸 ?IHOL 答： 9W 7.2 有一 E/D NMOS 反相器，若 =2V, =-2V, =25, =5V。TEVTDRDV (1) 求此反相器的逻辑电平是多少? 答： OLV)(22TEDR 第 8 章 MOS 基本逻辑单元 复 习 思 考 题 8.2 图题 8.2 为一 E/D NMOS 电路。 (1) 试问此电路可实现何种逻辑运算? 答： BA (2) 设 , , ， 输入高电平为 ，输入低电平为 VD5TD3VTE1DIHV 。IL0 求各种输入情况下电路的直流工作状态、各结点电位、各支路电流及直流功耗。 5 答：设端 ，而 A 端又分两种情况：VILB0 输入高电平 DA5 VM63. mAIM03.21 N0 543 Y598I mAM0.76 mWPD3.0 输入低电平 VILA0 VM5 mAIM03.21 N127.0 0984MII Y IM.653 mA0.7 mWPD3.0 设端 ，而 A 端又分两种情况：VIHB5 输入高电平 D M127.0 mAIIM03.431 VN5M6.02 Y. 75II mAM3.98 mWPD45.0 输入低电平 VILA0 VM 04321MMII 6 VN5 0765MII Y mAM3.98 mWPD15.0 8.3 二输入的 E/D NMOS 或非门的电路参数为： =-3V， =1V，TDVTEV ， ， ， ，试计算最坏情况的 值和最2 /5VAkED5RA8RBD5OL 好情况的 值。OL 答： 22max 1TDRATEOHTED VV 22in TRBATETEOLV 8.4 说明图题 8.4 的电路均为三态输出门，用传输门逻辑推导电路的逻辑表达式。 答：（a） UCA （b） E （c） 第 9 章 MOS 逻辑功能部件 复 习 思 考 题 9.1 试画出传输门结构的一位八选一多路开关的电路图，写出逻辑表达式和真值表。 答：逻辑表达式 0210DKY121DK210DK 345 6210 7210 7 9.4 如果图题 9.4(a)反相器是有比的，试画出此电路各节点工作波形，分析其功能；如果 图题 9.4(b)中 M-1 和 M-2 为无比的，分析此电路能否工作 ?为什么? 答：提示：9.4(a) 画电路各节点工作波形时，注意输出波形的低电平是由两次形成的。 此电路实施反相器功能。 题 9.4(b)中 和 若为无比，无法反相器功能。1M2 9.5 分析图题 9.5 所示的两相动态电路的逻辑功能，并说明各级电路分别是有比的还是无 比的。假如图中 ， ； 从 ， ，试画iK21 032i1021 出图中,A,B,C,D 和 各点的波形图0V 答：该电路为具有保持功能的多路选通开关。 该电路中除最后一级为无比电路外，余下均为有比电路。 注意：有的波形的低电平由两次形成 。 第 10 章 存 储 器 复 习 思 考 题 本章无答案 第 11 章 接 口 电 路 不做习题 第 12 章 模拟集成电路中的基本单元电路 复 习 思 考 题 12.1 试求图题 12.1 所示达林顿管放大器的电压增益 答： 174vA 若忽略 ，则0r1548v 提示： 、 、 组成小电流恒流源。R2QD 8 12.3 试在图题 12.3(a),(b),(c),(d)电路中，分别标出 E/E，E/D NMOS 单管放大器，CMOS 有 源负载放大器和 CMOS 互补放大器中 的栅极及 ， 电位，并指出各电路结构上的2M1B2 特点。 答：(a) ， 或SBV21 DGDGV (b) , 0 (c) , SB1DB2SG (d) V 12.8 图题 12.8 所示是 A741 中的偏置电路，其中 =39k， =5k, =15V， =-15V。试求 和 的值。5R4DEVrI10C 答： =0.73mArI 1910CA 12.12 图题 12.12 是一个 IC 产品中的偏置电路部分。 求： 偏置电流 及 的值。01I2 答：先求 和 211TPGSVkI 2312NLWI 23201ppLI 9 24102NLWI 12.15 有一两管能隙基准源电路如图题 12.15 所示。已知 ，室温下 =0.65V，42CIBEV 有效发射面积比为 =10。21/EA (1) 试简单推导 的公式；0V (2) 求出 =400K 时的 值。T 答：(1) 1222120 lnjRVRItBEBE (2) mV480 第 13 章 集成运算放大器 13.2 对于图题 13.2 所示差分对，设 =100, =0.7V，试求其 和 。0BEFVIDRvdA 答： kRID6.30 9.5vdA 13.4 图题 13.4 为一个级联射耦对放大器，设 时， , ,021iiV50 。求：VBEF7.0 (1) , 及 ；41CI41CEVXI (2) 和 (若 , )。idvdA/0IDR05 答：(1) AIC21 43 10 (2) 143vdA kRID52 13.5 已知射耦对差分放大器电路如图题 13.5 所示，晶体管的 ，4102NP ，试求当 =130mV 时的 值。4105PNidV0 答： 6. 13.8 已知图题 13.8 中 MOS 差分对的 =2mA, ，负载 =10k，试0I2/05.VmAkDR 求跨导 和差模电压增 。mgvdA 答： 02kI DmvdRA 13.11 试指出图题 13.11 中哪些元件是起过流保护作用的，并说明其保护原理。 答： 二极管保护电路的保护元件为 、 及34DER 晶体管保护电路的保护元件为 、 及Q 13.16 CMOS 运放如图题 13.16 所示，其中各有关参数为： , sVcmN/402 ，=0.01, =2.3 , =-1V, =1V。试求各支路sVcmP/20OXC28/10cmFTPVT 电流和电路的总电压放大倍数。 提示：此题与本书中 P325 图 13.36 类似, 关键在于决定偏置电流 0I 第 14 章 MOS 开关电容电路 复 习 思 考 题 14.2 图题 14.2 是由两个电容构成的一种开关电容等效电路 和 为两个同频、反相的 驱动脉冲信号。 11 (1) 分析电路工作原理； (2) 写出电路的等效电阻 的表达式。efR 答： 21CfRcef 14.3 图题 14.3 为一个由开关 S 和电容 C 组成的开关电容电路。试画出用单个 MOS 模拟 开关管来代替 S 的等效开关电容电路；若驱动 MOS 管的脉冲频率为 =50kHz，cf 电容 C =10pF，试求开关电容电路的等效电阻 。efR 答： fRcef1 14.4 图题 14.4 是一个 MOS 开关电容等效电路， 和 为两个同频反相的驱动脉冲信号。 (1) 分析电路工作原理； (2) 写出电路等效电阻 的表达式。efR 答： 21Cfcef 第 15 章 集成稳压器 复 习 思 考 题 15.1 图题 15.1 为某电路的过热保护电路， 为过热保护管， ， 为被保护管，试2Q34Q 以芯片为 175时，保护电路的状态来说明该电路的过热保护作用。 答：当 25时， 截止，过热保护电路不起作用。2Q 当 175时，此时 ， 导通，过热保护电路起作用。BVE2 12 第 16 章 D/A，A/D 变换器