高可靠性I-O標準單元庫及其ESD防護設計.pdf

1、作為集成電路芯片內部電路與片外系統(tǒng)通信橋梁的I/O（Input/Output）單元則是標準單元庫中最基本也是最難設計的一種。首先，它不僅承擔著為芯片提供足夠的對外輸出驅動電流，接收外部輸入信號的任務，同時還必須為內核電路以及I/O電路自身提供有力的靜電放電(ESD，Electro-Static Discharge)防護。其次，現代集成電路的功能越來越復雜，操作速度也越來越快，這就要求標準單元庫要提供更多的功能齊全的輸入/輸出單元，以滿足

2、電路設計的需求。最后，晶體管柵極氧化層的擊穿電壓也隨著工藝的進步而降低，從而使得芯片的ESD承受能力進一步下降。因此在先進CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝下設計標準單元庫任重而道遠。
　　本論文在研究國內外I/O單元設計的基礎上，基于體硅CMOS工藝設計一套I/O單元庫，該單元庫包含功能豐富的數字I/O單元、簡單的模擬I/O單元、電源切斷單元、供電單元和一些填充單元。其

3、中數字I/O單元的輸出級具有多種電流驅動能力，并且可以在高阻態(tài)時選擇是否具有上拉(Pull Up)至高電平或下拉(Pull Down)至低電平的功能。此外，隨著輸出信號頻率的提高，脈沖邊沿的變陡，輸出驅動管子尺寸的加大，同步開關噪聲（SSN，Simultaneous Switching Noise）的影響將越來越嚴重，這會使得電路可能發(fā)生功能錯誤或因閂鎖現象而燒毀，所以輸出級同時還提供了一個具有輸出信號邊沿緩變功能的輸出單元以抑制接地電

4、位彈跳現象。最后，輸出驅動級還進行了低功耗設計，從而避免了瞬間短路電流造成的功率損耗。在輸入單元中，還可以選擇是否具有Schmitt整形功能，以消除輸入信號上的噪聲，同時該單元還具有高電壓容忍的功能。在ESD防護方面，本文在對叉指結構GGNMOS開啟均勻性和SCR工作原理深入研究的基礎上，從全芯片的角度為I/O單元設計了符合要求的ESD防護結構。版圖設計過程中除了重點考慮ESD魯棒性之外還考慮了抗閂鎖設計。
　　經過版圖后仿真，該