[發明專利]一種抗地彈效應的輸出電路

有效

• 申請號: 200910021080.8
• 申請日: 2009-02-10
• 公開（公告）號: CN101488743A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 蘇強;劉文平;吳龍勝;唐威
• 申請（專利權）人: 中國航天時代電子公司第七七一研究所
• 主分類號: H03K19/0185
• 分類號: H03K19/0185
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及半導體集成電路，具體涉及一種用于數字電路的具有抗地彈效應的輸出電路。

背景技術

半導體集成電路內部的電源線和地線并非理想的電源和地。這是因為半導體集成電路的電源線網絡和地線網絡的分布以及半導體集成電路的封裝，引入了很多寄生電參數(包括寄生電感、電容、電阻等)，特別是寄生電感的引入，給半導體集成電路內部帶來了嚴重的信號完整性問題。半導體集成電路內部電源與地線之間存在退耦合電容，電路板上的電源和封裝管殼電源之間存在封裝電感，封裝管殼電源和半導體集成電路內部電源之間存在片上寄生電感，電路板上的地線和封裝管殼地線之間存在封裝電感，封裝管殼線地和半導體集成電路內部地線之間存在片上寄生電感。一般來說封裝電感遠大于片上寄生電感，對于不同的封裝形式，其封裝電感也是有差別的，如對于DIP封裝(雙列直插式封裝)，其單個管腳的封裝電感為2-18nH；對于PGA封裝(插針網格陣列封裝)，其單個管腳的封裝電感為4-6nH；而對于表帖封裝，其單個管腳的封裝電感為1-12nH。

當半導體集成電路的電源線和地線中有較大的瞬態電流變化，這一瞬態電流經過封裝電感產生交流電壓降，將造成半導體集成電路內部電源和地線電壓與電路板上的電源和地線電壓不同。這一現象叫做地彈效應，此效應在電源和地線中引入了地彈噪聲。因為輸出電路(包括輸入輸出電路的輸出部分)在工作時往往產生較大的瞬態電流變化，所以輸出電路工作時引入的地彈效應是半導體集成電路地彈噪聲的最主要的來源。圖1是包含了寄生電感(主要是封裝電感)的輸出電路的電路圖。圖中將封裝電感和片上寄生電感合為一個寄生電感，L5為電源線上的寄生電感、L6為地線上的寄生電感；MP1和MN1為輸出管，為了驅動較大的負載，輸出管一般都有著很大的寬長比；預驅動電路是輸出管的控制電路。當輸出電路的輸出發生變化時，有較大的瞬態電流流過寄生電感，將產生地彈效應。以輸出由高電平變化為低電平為例，此時輸出管MP1關斷，MN1開啟，在狀態變換過程中產生電流In：

In=K2(VGS-VT)2,]]>

這里K＝u_nC_ox(W/L)，u_n為電子遷移率，Cox為單位面積的柵電容，W/L為NM1的寬長比，V_GS為NM1的柵源電壓，V_T為NM1的閾值電壓。該電流流過寄生電感L6，產生地彈噪聲Vn：

Vn=LgdIndt]]>

若半導體集成電路中有N個輸出電流同時發生此類狀態變化，產生地彈噪聲Vn可表示為：

Vn=NLgdIndt]]>

由此可知地彈噪聲Vn與電流變化率成正比。因為電流變化率會在t=tr2]]>(t_r為上升時間)時最大，所以在此時會產生最大地彈噪聲Vn，max：