集成电路复习题(整理)

一、填空题：

集成电路应用学习思考题11下的引脚序号排列规律；24对于其顺序拿不准时应 查阅有关的技术资 12料或产品说明书 。 1、集成电路虽然是功能完整的电路，但在应用过程中还常常需要附加外接元件及外电路，等3、金属圆壳封装，面向引脚正视，在图中标出引线排列的顺序：4、扁平封装，在图中标出引线排列的顺序：二、电路分析：1、如右图是电源端保护电路，试分析其工作原理。答：图中VD、VD是为防止电源电压接反时的保护电路，1 2当电源接反，二极管处于反向偏置，无电流流过集成电路。2变坏，重者将使输人管损坏。因此通常都需要加一定的输入保护。下图是常见的3种输入保护措施，试分析其工作原理。VD导通，从而使运放输入电压幅度限制在二极管正向电压之下，保护运算放大器不致损坏。3、试分析基于运算放大器的信号运算电路的功能。（）该反相比例放大器在理想条件下输出与输入RV=-

V，当

R=-V则构成反相器。0 R 11

F 1 0 1（2）V

RF。0 R 11-1-反向输入构成的加法器，理想条件下输出输入关系为V=-R

(I1I2In)

R//V V 0 FR R R s V V 1 2 nR////R2

，式中，V0

为输出电压，V、VI1 I2

V为输入加法信号。In减法器，其理想表达式为

R(R

R) R ，V=V

F2 I

F1V F10 I2R(RI1 I2

RF2

I1RI1若RRI1 I

R，R RI F1 F

RVF

R=F1R II1

V)，I1即输出电压正比于输入电VI2

和V的差。I14、741614位同步二进制计数器的引脚如图。其中RD为异步清零端，LD为预置数据控制端，A、B、C、D为数据输入端，RCO(RCO=ETQQQQ)为进位输出端，EP和ABCDET为工作状态控制端。 功能表如下除了具有二进制加法计数功能外还有步并行预置数、保持和清零等附加功能。试分析一下电路的功能。答：此74161构成九进制计数器。数控制信号反馈至预置数控制端CP脉冲作用后计数器就会把预置数输入端ABD置数控制信号消失后，计数器就从被置入的状态开始重新计数。 上图的接法是把输出

QQQ

1000状态译码产生预置数控制信号0，反馈DCBA至LD端，在下一个CP脉冲的上升沿到达时置人0000状态。三、简答题1、在集成电路系统的线路和元器件的布置时，通常应注意些什么？答：(1)一个系统中有两条以上的输入信号线，它们相距不要太近。如果两条信号线靠得变成引起故障的干扰信号。对于数字电路系统，各逻辑线尽量不要紧靠时钟脉冲线。-2-交错成网，应贴近底板在元器件周围走线，长短适宜。系统布置时应采用一字形排列，以免引起信号的串扰及寄生振荡。走线。2是什么？答：载之间的匹配。配网络，使被测网络与信号源匹配，以便从信号源获得最大的激励功率。使前级输出阻抗与后级输入阻抗匹配，以使后级从前级获得最大的传输功率。及增大测试仪器的输入阻抗，以降低测试仪器对被测网络的影响。3、试简述电路的屏蔽的作用及具体做法。答：屏蔽就是采用金属外壳，造成互不影响的几个空间区域，用以阻止电场或磁场的相互传播。屏蔽是排除或减弱电场或磁场干扰的有效措施。类良导磁体较好；若干扰源是高频磁场干扰性质，则应该采用良导体作为磁屏蔽材料。输入与输出则要采用金属屏蔽线传输。加干扰源。4、试简述电路的接地的内容及作用。答：接地一般包括两方面的内容，即保护接地和技术接地。-3-插座中时，就可以保证仪器或设备的外壳始终处于大地电位，从而避免了触电事故。5、在运用集成电路芯片时，通常需要了解的信息是哪些？答：封装及管脚定义；使用注意事项；应用信息等。四、设计题1、模拟多路开关MAX306真值表如右图：NO2电路图的接线：100504DSRDSL为异步清零输入端，S1、S0为工作状态控制端。74LSl94的功能表见下表。请画出用74LSl94构成分频系数为5的分频器的电路图。答：用74LSl94构成分频系数为5的分频器的电路图如右：ZDR

QQ125的分频器状态转换表为：-4-现态现态Q00111001110Q10011100111Q20001110011Q30000111101DR1110011100次态Q(n1)Q(n1)Q(n1) Q(n1)01110011100101110011102001110011130001111011集成电路设计学习思考题及参考答案一、概念题：1、微电子学：主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及应用并，利用它实现信号系统又称为集成电路和集成系统。2、集成电路Integrated Circui，缩写I）是指通过一系列特定的加工工艺，将多个晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容器等无源器件，按照一定的电路连接集成在一半导体单晶片（如硅GaAs等）或者说陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组。3电路的约速条件（DA工具自动生成，则称之为综合。4、模拟验证：指对实际系统加以抽象，提取其模型，输入计算机，然后将外部激励信号施加于此模型，通过观察模型在激励信号作用下的反应，判断该系统是否实现预期的功能。5、计算机辅助测试（CAT）技术：把测试向量作为测试输入激励，利用故障模拟器，计算测试向量的故障覆盖率，并根据获得的故障辞典进行故障定位的技术。6术。7、薄膜制备技术：指通过一定的工序，在衬底表面生产成一层薄膜的技术此，薄膜可以是接作用的金属膜等。8、掺杂：是指将需要的杂质掺入特定的半导体区域中以达到改变半导体电学性质，形成PN结、电阻、欧姆接触等各种结构的目的。9是最高一级的设计性能进行功能划分和数据流、控制流的设计，完成功能设计。10网表和逻辑图。11、电路设计：是指根据所要求的电路性能，例如：速度、功耗、电源电压、逻辑操作类型、信号电平的容限、电路工作频率、放大倍数等确定电路的结构和各元器件的参数；同-5-性能。12是根据逻辑与电路功能和性能要求以及工艺条件的限制（与集成电路制造工艺技术紧密相连，是集成电路设计的最终目标。13是一种基于晶体管级的设计方式。设计者使用版图编辑工具，从晶体管的的设计。14（又称库单元法是一种基于事先精心设计并存在单元库中的单元电路而设计布局和布线，最后得到被设计电路的掩膜版图。15过编译直接得到该电路的掩膜版图。16又被称为FPG（实现的物理基础。FPGA产品，经设计人员通过开发工具对其进行“编程”/输出功能模块。17最多的全同反相器的数目，称为最大扇出数。18、4：1反向器尺寸设计规则：在NMOS反相器设计时，为使反相器转移特性曲线具LWL

4的比例是一个优化值。W2 DD 1常称为反相器4:1规则称上拉晶体管，使高电平接V 下拉晶体管，使电平接近0V。2 DD 119、无比率逻辑器件：从逻辑电平的观点来说，是指电路稳定以后的输出电压，与上拉和下拉晶体管的尺寸比例没有关系。二、填空题1、等几道工序。2、掺杂技术。3、光刻包括：光刻胶、掩膜板、光刻机三要素。4、、等。集5。Vid差分输Vid差分输入级电压放大级输出级偏置电路+V- 0-6-三、电路分析1、如右图是运算放大器输出端的一种保护电路，试对其工作原理作出定性分析。3 1 e1 e1e1 答：右图是三极管保护电路，由T3，T4，Re1，Re2组成，T3、T4是保护三极管，Re1，Re2为取样电阻，保护原理与二极管基本相同，正向工作时，如某原因使Re1过流I↑，当IR=V 时T3管导通管即分流了T管基极驱动电流，3 1 e1 e1e1 1e1I↓，因此通过1e1

管的电流被限制在：

Ie1max

VBER

同理，负向工作时，通过T2

管的电流被限制在：

Ie2

VBE4Re22、分析下图中以a、b为输入端，x为输出端时的电路功能。（1）分析：对图（2）分析：对图输入 输出Mb a 1

M x M2 3 x0000止止H通101止通L止0Xab10通止L止011通通L止0输入 输出b a 1

M x M2 3 x00止止H通101止通H通1Xab10通止H通111通通L止03、分析下图中以a、b为输入端，x为输出端时的电路功能。（1） -7-ba2143x00止止通通1Xab01止通通止010通止止通011通通止止0输入MMMM输出输入输入MMMM输出输入b0a0M2M1M4M3止止通通x101止通通止110通止止通111通通止止0四、简答题1、试简述评价集成电路的主要性能指标及其含义。答：主要性能：集成度、集成电路的功耗延迟积（优值（功耗延迟积重要参数。功耗延迟积越小，即集成电路的速度越快或功耗越低，性能越好。MOSFET的最小沟道长度越小，加工精度越高，可能达到的集成度越大，性能越好。2、试简述集成电路设计规划的内容。答：集成电路设计规划的内容是：在考虑器件正常工作的条件下，根据实际工艺水平（包括光刻水平、刻蚀能力、对准容差等）别给出它们的最小值，以防止掩膜图形的断裂、连接和一些不良物理效应的出现。3、试简述集成电路的设计思路及其含义。答：集成电路的设计思路：分层分级设计和模块化设计。模块化设计：把一个集成电路看作是由许多相关模块（或称单元）组成的。而且这个级别还可以再分解到单元复杂性更低的设计级别；这样一直继续到使最终的设计级别的单元复杂性足够低，能相当容易地由这一级设计出的单元逐级组织起复杂的系统。4、试简述数字集成电路延迟的含义。答：数字电路的延迟主要由两部分组成：门延迟和互连线延迟。门延迟：信号从逻辑门的输入传送到同一门的输出所需的时间，是决定诸如TTL类和NMOS类的逻辑能力的最重要参数。连接延迟，印制线路板连接以及底板背面——正面的连接造成的延迟。-8-五、计算题1、有源电阻分压器，如右图表示用一个n沟MOS有源电阻和一个p沟MOS有源电阻产生一个直流电压Vout。若VDD=5V，VSS=-5V，I=50μA。求Vout=1V时，M1和M2的W/L比值。设VTN=+0.75V，VTP=-0.75V；K’N=24μA/V2,K’P=8μA/V2。解：两管的衬底都分别接到它们的源极以使它们的体效应不产生影响。由于VGD=0，两管都处于饱和状态。因为流过两管的电流必须相同，又电压VDS1和VDS2已经给定，依： 图有源电阻分压器K'WIID

2L

V)2）TI ID1 D

50106A,由图知：V

DS1

1（6，

DS

514V）代入（1）式有：KW2

KW 2M: I D1

N60.7;2L1

M: I D2

P24(0.75)2L2得：M的W0.15;M的W

0.55 。1 L 2 L2、右图为一种开关电容实现集成电路电阻设计的电路图。设开关频率为fS=100KHZ，要模拟一只10MΩ的电阻，求电容器的电容？解：当时钟φ为高电平时，MOS管M1导通，而φ为低电平，

I+ M1

oM2 +11 1 2 12M2截止。这时电容C1通过开关管M1存储电荷，其电荷量为Q1=CV；当时钟φ导通，电容C上储存的电荷通过M2向V2V1端径电容C1向V2（V11 1 2 12

VI C1 V2- -

端送到V2

端的平均电荷量，即电流的大小为：IQC(VV)1T T 1 21S S式中TS为时钟信号φ的周期。则V1V2两端之间可以等效为一个电阻器，其阻值大小为：VV

1,将已知数据代入上式，得C=1Pf。R1 2S1eq I C fCs13fS=50KHZ20MΩ的电阻，求电容器的电容？解：当驱动时钟φ为高电平时，开关S1闭合，S2电容器清零。当时钟φ断开，S2闭合，电容C1充电到V－V，故电容C1存储的电荷量为：Q=CV1V，则在时钟φ的一个周期内，从V1端流到

+ M1

M2 +V2IQCfV，

V C VT 1s 1 2 1 2S - -，相应的等效电阻Req为：r，eq

VV 11 2I Cf1s将已知数据代入上式，的C1=1Pf。-9-3BE1 BE2 1 2它是由两个配对晶体管T1，T2构成，设两个晶体管完全对称，前向压降V =V ，电流放大系数β=β，Ir为参考电流，Io为恒流源输出电流。请导出它们之间的关系；当β=βBE1 BE2 1 21 2时，输出电流Io与参考电流Ir的之间的相对误差。解：IIr c

II I cI(1 )2I 2b1 b2 c 2I 22 2IIo

Ir

I(1o

),Io

Ir

2)当 1时，

I，其相对误差为：IrIo 2o r Ir

2当100时，代入上式得相对误差为2%。5、电阻比例型恒流源电路如下图，图中T1，T2射极接上两个电阻R1，R2，即构成了比Io

Ir

之间的关系式。答：在右图中，改变RR比值，即可改变输出电流

和参考电1 2 oI之比。由图可以写出：rVRE1

IRe11

VRE

IRe22

,即VRE2

VRE1

IRIR，e11 e22根据晶体管原理又可以写出：KT I

， KT I ，VRE1

lnq

e1

VRE

lnq

e2es2V

KT(lnIe2lnIe1)KTlnIes1Ie2,RE2

RE1 q Ie1

Ies1

IIe1e1设T1，T2两个管发射区面积设计相同，工艺上实现单位面积反向漏电流也相同，即I

，则可以得出：V

V KTlnIe2，es1

es2

RE

RE1 q I1e11比较上面两式可得I

Ie2

2 KTlnIe2,Re1 RR1

R q I21 e2III,在忽略基流电阻情况下，II

，则有I

IrR1 KT I，o e1 e2当II或IR

KTlnIe

时，I

e2R 2.R

o R R q I1 1 oe1

e22 q Ie1

I Rro 1可见，输出电流I

I之间的关系可由R

的比值来决定，因此灵活性o r 1 2VBE1下降，同时VBE2也下降，减小Io

上升。6、小电流恒流源电路。在集成运放中，参考电流Ir通常是由主偏置电流源提供，电Io

要求很小的情况时，需要用小电流恒流源来实现，如图下所示。这种恒流源也称widlarIo

Ir

之间的关系式。答：由右图和晶体管发射极总电流和发射极电压关系可得：VRE2

VRE1

IR，e11I1(V

V )

KTlnIe1，V

KT Ilne2e1 R1

RE

RE1

RE1

q Ies1

RE

q Ies2-10-T1与T2管子完全对称，则有

I ，Ies2

KT Ilne2Rq I当 1时，基极电流忽略不计，Io

I,Ie1

1 e1I ，e2Io

KTlnIr，或RRq I 1

KTlnIrIq I

（小电流恒流源）1 o o o只要给定参考电流Ir

Io

，则可算出电阻R值，这种恒流源设计方便1灵活，在固定的参考电流下，只要改变R1值，就可以得出不同的输出电流Io

；同时当IrIo

Io

较稳定。六、设计题（使用ABEL_HDL语言设计）14-2并编写测试向量文件。MODULE CODER24T