硅微电子学
一种抗单粒子全加固D触发器的设计
张英武Ξ 袁国顺
(中国科学院微电子研究所,北京,100029)
2008204207收稿,2008206216收改稿
摘要:采用当前成熟的两种抗单粒子翻转锁存器构成了主从D触发器,在D触发器加固设计中引入了时钟加固技术,对输出也采用了加固设计。仿真对比显示本设计的加固效果优于国内同类设计。
关键词:单粒子效应;设计加固;D触发器;时钟加固
中图分类号:TN43;TN783 文献标识码:A 文章编号:100023819(2009)032403204
The D esign of a SEE Hardened D Flip-Flop
ZHAN G Y ingw u YUAN Guo shun
(Institu te of M icroelectronics of Ch inese A cad e m y of S ciences,B eij ing,100029,CH N)
Abstract:A hardened m aster2slaver D FF com po sed of tw o classical hardened latches,w ith the additi on of the hardened clock and ou tpu ts is designed in th is paper.T he si m u lati on show s that ou r design is superi o r to the o thers.
Key words:si ngle even t effect;rad i a tion hardened design;D f l ip-f lop;clock hardened
EEACC:2550;1265B
引 言
集成电路工作在空间环境时,受高能粒子和带电粒子的影响可能改变电路节点的正常电压和电流,这种现象称为单粒子效应(SEE—single even t efect)。单粒子效应的主要表现有:1)单粒子翻转(SEU—single even t up set),存储单元的数据翻转;
2)单粒子瞬变(SET—single even t tran s m issi on),组合逻辑中出现的瞬时脉冲;3)单粒子闩锁(SEL—single even t latch2up),由单粒子引起的闩锁效应;
4)单粒子栅穿(SEG—single even t gate rup tu re),高能粒子引起晶体管栅极击穿。SEL和SEG一般采用特殊工艺的方法加固,如SO I工艺。文中只考虑采用电路设计的方法加固SEU和SET。
寄存器作为电路中数据、信号的起点和存储单元,在系统中扮演着重要角色,电路中的任何错误,不管是产生于组合逻辑中还是存储电路中,都将通过寄存器体现。当前在数字集成电路中寄存器一般由主从D触发器构成,由于其存在反馈的双稳态存储单元,所以很容易受射线影响出现单粒子翻转。
射线对组合逻辑的影响是在节点上出现几百皮秒的脉冲[1]。如果这个脉冲出现在触发器数据输入端,只有在时钟的触发沿上出现才能引起触发器锁存错误数据,另外距离较远路径上的脉冲在到达数据输入端时可能已经消失;如果这个脉冲出现在时钟上,那么必定能引起很多触发器锁存错误数据。文献[2]的数据表明,射线引起的处理器失效中,49%是由于触发器引起的,40%是由于片内存储器引起的,只有11%是由于组合逻辑引起的,因此存储电路是可靠性设计中的重点加固对象。文献[3]采用延时输入数据的方法加固数据输入端以消除SET,使得
第29卷 第3期
2009年9月
固体电子学研究与进展
R ESEA RCH&PRO GR ESS O F SSE
V o l.29,N o.3
Sep.,2009Ξ联系作者:2163.
D 触发器的建立时间增加大约111n s ,面积增加了30%。文献[4]的研究表明,组合逻辑中的错误只有0107%～012%的概率会被触发器锁存。文献[5]采
用RC 滤波的方法加固数据输入端。在综合考虑加固效果、面积、速度等因素时,加固触发器的输入端没有达到很好的加固效果。综上分析,D 触发器加固时应该主要考虑存储单元的单粒子翻转和时钟上出现的单粒子瞬变脉冲。
1 单粒子效应仿真方法
为考察电路在辐射环境下的表现和加固电路的设计效果,目前常见的方法是采用电流源作为单粒子对电路的影响的模型[6]
,采用H SP I CE 来模拟SEE 对电路的影响。
I inj =
2
T
Π
t T
e
-t T
(1)
式(1)是文献[6]给出的电流源的表达式,其中T 是和晶体管模型及离子能量吸收(L ET )有关的常量,且P 管和N 管的值不同,t 是时间变量。针对文中所采用的015Λm 栅宽和5V 工作电压,根据文献[6]所述,式(1)中的T :对于P 管T =116p s ,N 管T
=164p s 。图1给出了N 管中电流波形(横坐标是脉冲出现时间,单位是p s ;纵坐标是电流大小,单位是mA ),峰值3mA ,持续1n s 。
图1 单粒子引起的电流变化
F ig .1 SEE equivalent current source
2 全加固触发器的设计
所谓全加固D 触发器是指:1)电路中任何一个节点出现翻转脉冲后都不影响触发器的状态,抗单粒子翻转加固;2)任何时刻输出上不出现翻转脉冲,输出加固;3)时钟上的翻转不影响触发器正常工作,时钟加固;4)由前文分析不对数据输入端加固。
211 加固锁存器的设计
主从D 触发器一般由两个相同的锁存器构成,所以对触发器抗单粒子翻转的设计就是对锁存器的加固设计。目前国内外的抗单粒子翻转锁存器的设计已经很成熟,常用的加固技术有:空间冗余技术、RC 滤波技术、
状态冗余技术和互锁存储单元D I CE (D ual in terlocked sto rage cell )技术[7]等。三模冗余
锁存器是典型的空间冗余加固技术,其优点是加固
性能好,缺点是面积太大。基于RC 滤波技术的加固方法就是在锁存器反馈环路中增加一个电阻,形成RC 滤波电路以消除其上的脉冲,这种方法的优点
是设计简单,缺点是要想获得很好的加固特性时,电阻所占面积大,工艺偏差大,速度和功耗性能降低。和上述几种加固方法相比,D I CE 是一个设计非常精妙的加固存储单元,其在面积、速度和加固效果等综合性能上表现优秀,电路结构如图2(a )所示。
文献[8]采用处于饱和区晶体管作为电阻和状态冗余的方法设计了一款抗单粒子翻转的锁存器,如图2(b )所示。仿真显示,相对于标准触发器面积和速度影响很少[8],但是其要求有两个独立的输入端(D ,D b ),所以不适合作为主锁存器,但和D I CE 相比具有面积优势。综合上述考虑,文中设计的触发器采用图2(b )所示作为从锁存器,采用图3(a )所示适合时钟加固的修改后D I CE 作为主锁存器。212 时钟加固
在触发器中,时钟控制所有传输门的开启关断,决定了主从锁存器是处于锁存数据状态还是导通状态。分析发现,只有锁存器处于锁存数据状态时,写数据传输门因时钟翻转开启后,可能将反向逻辑写入锁存器中,当时钟恢复正常后,反向电平被锁存,触发器出错。所以本文在通路上采用串联传输门控
制对锁存器的写入。串联传输门的两个控制分别是时钟和时钟的延时,只有当两个控制相同时传输门才能被打开,当时钟上出现翻转时,其延时还保持正确的逻辑电平,此时传输门不能被错误的翻转时钟开启,有效消除了时钟上的脉冲。时钟的延时越大,能够消除时钟上的翻转宽度越大,但是增加触发器的延时就越大(表2中T ck ～Q ),由于射线引起的脉冲一般在几百皮秒,所以设计的时钟延时为1n s 。经典D I CE 锁存器中有两个写传输门,在时钟加固时增
加了较多的面积,设计了如图3(a )只有一个写传输
4
04固 体 电 子 学 研 究 与 进 展29卷
图2 (a )D I CE 锁存器;(b )RC 加固锁存器
F ig .2 (a )D I CE latch ;(b )RC hardened latch
门控制的D I CE 锁存器,适合时钟加固设计。213 输出加固
输出节点出现翻转时,可能影响后面逻辑。状态保持反向器[如图3(b )]有两个输入,当两者电平一样时输出取输入的反;当两个输入不等时,输出处于高阻态,保持原有电平。这里将锁存器的两个等效输出节点分别接到状态保持电路的输入,当某节点翻转时输出仍能保证在任何时刻都是正确的值。214 全加固触发器的设计
综上分析,采用综合性能较好的经典D I CE
锁
图3 (a )适合时钟加固的D I CE 锁存器;(b )状态保持反
向器
F ig .3 (a )M odified D I CE latch ;(b )R etentive state in 2
verter
存器和文献[8]所述具有面积优势的锁存器分别作为触发器的主、从锁存器加固单粒子翻转,并在触发器设计中首次采用串联的传输门加固时钟,采用状
态保持反向器作为输出加固,全加固触发器电路如图4所示。
全加固触发器采用经典加固锁存器,具有很好的抗单粒子翻转性能[728]。图5的仿真显示,当时钟脉冲小于1142n s 时不能引起输出翻转,触发器内任何节点上的翻转不影响输出。
表1中本设计和国内文献最新的两个触发器比较显示:本设计在加固性能上有明显的优势,静态功耗和面积也优于文献[3]设计。文献[5]和文中类似,采用了已有成熟锁存器设计D 触发器,但是没有对时钟和输出加固;加固数据输入端时又要求两个独立的输入,这不符合实际应用。虽然本设计对速度的影响比其他两个大些(T setup +T clk ～Q ),但是基于015Λm 工艺的设计一般工作周期在几十n s ,所以对整体设计只降低了4%的时钟频率。表中T p lus 表示能够容忍的最小时钟脉冲宽度。
504 3期张英武等:一种抗单粒子全加固D 触发器的设计
图4 全加固触发器
F ig.4 Comp lete hardened D
FF
图5 (a)时钟翻转输出变;(b)节点QB翻转不影响输出Q
F ig.5 (a)Si m ulati on on clock up set;(b)Si m ulati on on
QB up set
表1 文中设计和其他文献设计比较
Tab.1 Co m par ison of differen t D FFs
Comp lete
hardended
DFF
Referrence
[3]
Referrence
[5]
1M ake use
of a m ature
hardened
DFF.
2Hard the
DFF′s clock,
w hich rem2
oves the gli
tch on clock.
3Hard the
D2FF′s out2
put,w hich
insures the
output any2
ti m e.
The m aster
latch emp loy
a delay cell t2
o hard,w hich
increase no t
only som e ar
2ea but also
the setup ti
2m e.The
TM R harden
m ethod use
mo re cell in
slave latch
It needs2in2
dependent in2
put to DFF,
but this is
unp ractical
T p lus1142ns014ns0125ns
A rea36transisto rs56transisto rs34transisto rs
P p static6914pA×5V9519pA×5V67pA×5V
T setup013ns113ns014ns
T ck～Q115ns014ns013ns
3 结 论
在比较前人工作的基础上采用了经典D I CE和RC滤波存储单元作为触发器的主从锁存器以加固单粒子翻转,提出了对时钟的加固设计。仿真显示,本设计能够消除时钟上由射线引起的典型脉冲。对国内文献所述加固触发器做了对比,结果显示,本设计在综合考虑加固性能、功耗、面积时显示出优越性。
(下转第464页)
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倪鹤南(N I H enan ) 女,1980年生,汉,上海交通大学博士研究生,主要从事纳电子器件研究。
(上接第406页)
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张英武(ZHAN G Y ingw u ) 男,1979年生,1999年至2003年就读于电子科技大学,2003年至2008年就读于中国科学院微电子研究所,取得工学博士学位,研究方向为高可靠微处理器的设计。
讨论使用D触发器设计一个11001序列检测器，讨论序列可交迭(Overlap)检测和不可交迭检测在设计上的区别，讨论分别采用Mealy机设计和采用Moore机设计的区别，讨论未用状态的处理问题。 【要求】给出电路原理图或HDL代码，要求进行仿真，并给出仿真结果。 1.原件介绍 D触发器（74LS74）、“与”门（74LS08）、“或”门（74LS32）、“非”门（74LS04），集成电路引脚
2.设计思路 根据要求，设计的序列检测器有一个外部输入x和一个外部输出Z。输入和输出的逻辑关系为：当外部输入x第一个为"1"，外部输出Z为"0"；当外部输入x 第二个为"1"，外部输出Z为"0"；当外部输入第三个x为"0"，外部输出Z为"0"，当外部输入第四个x为“0”，外部输出Z为0，当外部输入第五个x为“1”，外部输出Z为“1”。假定有一个外部输入x序列以及外部输出Z为: 输入X 0 1 1 1 0 0 1 0 1 输出Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 要判别序列检测器是否连续接收了"11001"，电路必须用不同的状态记载外部输入x的值。假设电路的初始状态为A，x 输入第一个"1"，检测器状态由A装换到B，用状态B记载检测器接受了"11001"序列的第一个"1"，这时外部输出Z=0；x输入第二个"1"，检测器状态由B装换到C，用状态C 记载检测器接了“11001”序列的第二个"1"，外部输出Z=0；x输入第三个"0"，检测器状态由C装换到D，外部输出Z=0；x输入第四个为“0”，检测器状态由D装换到E，外部输出Z=0；x输入第五个为“1”，检测器状态由E装换到F，外部输出Z=1。然后再根据外部输入及其他情况时的状态转移，写出相应的输出。以上分析了序列检测器工作，由此可画出原始状态图。根据原始状态图可列出原始状态表。 状态转换表 A B D C E F 1\0 1\0 0\0 0\0 1\1 0\0 0\0 1\0 1\0 0\0 0\0
中科院半导体所科技成果——基于LED灯光的光学无 线控制系统 项目成熟阶段孵化期 项目来源863项目、中科院知识创新重要方向项目 成果简介 该系统集照明、智能控制和通信功能于一体。它利用LED灯，在照明的同时作为光学无线通信的光源，可实现对办公设备、安全防范设备、家用电器、电动益智玩具、传感执行器等控制终端的光学无线智能控制。目前已开发出基于手机的控制软件，可以通过操控手机，借助灯光实现对家用电器等设备的全功能控制。 基于LED灯光的光学无线控制系统应用实景 技术特点 通信无电磁污染，有利于人体健康； 通信私密性强，安全性高；
与照明结合，无处不在、无须新建专用网络、节能和环保； 网络带宽高，可快速下载网上信息； 无需频率许可证。 专利情况已申请6项核心专利 市场分析 1、基于该技术开发的LED照明智能家居系统可以克服传统智能家居系统需要布设控制总线的缺点，也可以克服基于电力载波技术的智能家居控制系统改造电器设备强电部分时会影响电器安全性的缺点，LED照明智能家居系统属于光学无线方式的智能控制，只要灯光照到的地0方就可以自由摆放受控电器，是最新型的控制方式，可定义为新一代的智能家居系统。该技术也可用于智能建筑中，实现对各种自动执行器终端的光学无线控制。 2、其应用的各项技术代表了当今国内外可见光通信的发展水平，可以作为科技展品，应用在科技馆，让观众零距离接触、了解节能减排的LED照明技术以及照明网络与通信网络融合的可见光通信新技术。 3、是LED灯具厂商增加产品功能和提升产品竞争力的好机会。 合作方式技术开发、技术转让、技术服务、技术入股 产业化所需条件 进行LED照明智能家居产品中试，投资开发示范工程项目，最少投资300万元。进行智能控制接口标准制定，与家用电器厂商一起制定行业标准，大概需要2-3年，投资100-200万元。
中国科学院微电子研究所考研大纲（考研，复试，保研面试）本《半导体物理》考试大纲适用于中国科学院研究生院微电子学与固体电子学专业的硕士研究生入学考试。半导体物理学是现代微电子学与固体电子学的重要基础理论课程，它的主要内容包括半导体的晶格结构和电子状态；杂质和缺陷能级；载流子的统计分布；载流子的散射及电导问题；非平衡载流子的产生、复合及其运动规律；半导体的表面和界面─包括p-n结、金属半导体接触、半导体表面及MIS结构、异质结；半导体的光、热、磁、压阻等物理现象和非晶半导体部分。要求考生对其基本概念有较深入的了解，能够系统地掌握书中基本定律的推导、证明和应用，并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。 一、考试内容 （一）半导体的电子状态： 半导体的晶格结构和结合性质，半导体中的电子状态和能带，半导体中的电子运动和有效质量，本征半导体的导电机构，空穴，回旋共振，硅和锗的能带结构，III－V族化合物半导体的能带结构，II－VI族化合物半导体的能带结构 （二）半导体中杂质和缺陷能级： 硅、锗晶体中的杂质能级，III－V族化合物中杂质能级，缺陷、位错能级 （三）半导体中载流子的统计分布 状态密度，费米能级和载流子的统计分布，本征半导体的载流子浓度，杂质半导体的载流子浓度，一般情况下的载流子统计分布，简并半导体 （四）半导体的导电性 载流子的漂移运动，迁移率，载流子的散射，迁移率与杂质浓度和温度的关系，电阻率及其与杂质浓度和温度的关系，玻尔兹曼方程，电导率的统计理论，强电场下的效应，热载流子，多能谷散射，耿氏效应 （五）非平衡载流子
非平衡载流子的注入与复合，非平衡载流子的寿命，准费米能级，复合理论，陷阱效应，载流子的扩散运动，载流子的漂移运动，爱因斯坦关系式，连续性方程式 （六）p-n结 p-n结及其能带图，p-n结电流电压特性，p-n结电容，p-n结击穿，p-n结隧道效应（七）金属和半导体的接触 金属半导体接触及其能级图，金属半导体接触整流理论，少数载流子的注入和欧姆接触（八）半导体表面与MIS结构 表面态，表面电场效应，MIS结构的电容－电压特性，硅─二氧化硅系数的性质，表面电导及迁移率，表面电场对p－n结特性的影响 （九）异质结 异质结及其能带图，异质结的电流输运机构，异质结在器件中的应用，半导体超晶格（十）半导体的光、热、磁、压阻等物理现象 半导体的光学常数，半导体的光吸收，半导体的光电导，半导体的光生伏特效应，半导体发光，半导体激光，热电效应的一般描述，半导体的温差电动势率，半导体的玻尔帖效应，半导体的汤姆孙效应，半导体的热导率，半导体热电效应的应用，霍耳效应，磁阻效应，磁光效应，量子化霍耳效应，热磁效应，光磁电效应，压阻效应，声波和载流子的相互作用 二、考试要求 （一）半导体的晶格结构和电子状态 1．了解半导体的晶格结构和结合性质的基本概念。 2．理解半导体中的电子状态和能带的基本概念。 3．掌握半导体中的电子运动规律，理解有效质量的意义。 4．理解本征半导体的导电机构，理解空穴的概念。 5．熟练掌握空间等能面和回旋共振的相关公式推导、并能灵活运用。 6．理解硅和锗的能带结构，掌握有效质量的计算方法。
招生简介 中国科学院微电子研究所是一所专业从事微电子领域研究与开发的国立研究机构，是中国科学院微电子技术总体和中国科学院EDA中心的依托单位。微电子所本着“惟精惟一、求是求新”的办所精神，面向国家战略需求，积极承担重点科技攻关与产品开发任务，一方面拓展前沿技术与基础研究领域，发展交叉学科方向；同时通过全方位合作积极推进成果的应用开发和产业化，推动产业发展。微电子所致力于打造现代化的高技术研究机构，成为我国IC技术和产业领域一个技术创新基地和高素质高层次人才培养基地，为促进国家微电子技术进步和自主创新，实现产业的可持续发展做出贡献。 微电子研究所是国务院学位委员会批准的博士、硕士学位授予单位，2004年批准建立博士后流动站。现有职工622人，其中中国科学院院士2人，高级研究人员91人，上岗研究生导师74名（其中博士生导师34名），在读研究生近300多人。 主要研究方向：1.硅器件及集成技术；⒉微细加工与新型纳米器件集成；3.微波电路与化合物半导体器件；4.集成电路设计与系统应用（包括专用集成电路与系统、通信与多媒体片上系统芯片、集成电路设计与应用开发、电子封装）。 本专业一级学科为电子科学与技术。作为一门交叉与综合性学科，跨专业学习具有极大的发展前景与潜力，因此微电子所欢迎并鼓励微电子专业及通讯与通信工程类、计算机类、自动化类、软件类、光电技术、物理与应用物理学、材料学等相关专业的同学报考。 除招收普研（学术型）外，我所还计划在电子与通信工程（代码：430109）和集成电路工程（代码：430110）两个领域招收全日制专业学位研究生。我所2011年度研究生招生仍为国家计划内公费。 专业代码： 080903 专业名称：微电子学与固体电子学 学科专业研究方向与导师 w 硅器件及集成技术 该方向为一室、九室、十室研究方向，主要从事CMOS及SOI CMOS器件与集成电路、功率器件与集成电路、高可靠性器件与集成电路、微系统及集成技术研究等的研究、设计、制造及测试。这些研究室一直致力于硅基器件与集成电路主流工艺技术的研究, 曾先后完成“VDMOS功率器件”、“0.8微米CMOS工艺”、“亚微米SOI CMOS电路的研究”、“0.35微米CMOS集成电路关键技术”、“0.1微米级CMOS FET”等国家重点攻关项目的研究，具有很强的硅器件、电路与工艺技术研发能力，并在诸多技术方面一直保持着国内领先地位。目前正在致力于下一代纳米级的 CMOS新结构器件与电路、新工艺技术、高可靠性集成电路设计技术与新型MEMS器件与集成，以及先进电子封装技术的研究。 导师简介 韩郑生男 1962年出生研究员博士生导师 杜寰男 1963年出生副研究员硕士生导师 欧毅男 1975年出生副研究员硕士生导师 罗家俊男 1973年出生副研究员硕士生导师 孙宝刚男 1969年出生副研究员硕士生导师 李多力男 1977年出生副研究员硕士生导师 朱阳军男 1980年出生副研究员硕士生导师 万里兮男 1955年出生研究员博士生导师 曹立强男 1974年出生研究员硕士生导师 陈大鹏男 1968年出生研究员博士生导师 王文武男 1973年出生研究员博士生导师
利用D触发器构成计数 器 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
数字电路实验设计： D触发器组成的4位异步二进制加法计数器一、选用芯片74LS74，管脚图如下： 说明：74LS74是上升沿触发的双D触发器, D触发器的特性方程为 二、设计方案： 用触发器组成计数器。触发器具有0 和1两种状态，因此用一个触发器就可以表示一位二进制数。如果把n个触发器串起来，就可以表示n位二进制数。对于十进制计数器，它的10 个数码要求有 10 个状态，要用4位二进制数来构成。下图是由D触发器组成的4位异步二进制加法计数器。 三、实验台： 四、布线： 1、将芯片（1）的引脚4、10连到一起， 2、将芯片（2）的引脚4、10连到一起， 3、将芯片（1）的引脚10和芯片（2）的引脚10连到一起， 4、将芯片（1）的引脚10连到+5V； 5、将芯片（1）的引脚1、13连到一起， 6、将芯片（2）的引脚1、13连到一起， 7、将芯片（1）的引脚13和芯片（2）的引脚13连到一起， 8、将芯片（1）的引脚13连到+5V； 9、将芯片（1）的引脚3接到时钟信号CP 10、将芯片（1）的引脚2、6接到一起，再将引脚2接到引脚11 11、将芯片（1）的引脚8、12接到一起，再将芯片（1）的引脚8接到芯片（2）的引脚3 12、将芯片（2）的引脚2、6接到一起，再将引脚6接到引脚11 13、将芯片（1）的引脚5、9分别接到Q 0、Q 1 ，再将芯片（2）的引脚5、9分 别接到Q 2、Q 3 14、分别将两芯片的14脚接电源+5V，分别将两芯片的7脚接地0V。
稀有金属 CHINEXE JOURNAL OF RARE METALS 1999年7月 第23卷 第4期 vol.23 No.4 1999 砷化镓晶片表面损伤层分析 郑红军 卜俊鹏 曹福年 白玉柯 吴让元 惠 峰 何宏家 摘 要： 采用TEM观测与X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离深度相结合的方法，分析了SI-GaAs晶片由切、磨、抛加工所引入的损伤层深度。比较两种方法测量结果上的差异，得出了TEM观测到的只是晶片损伤层厚度，而X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离所得的深度是晶片损伤层及其形成应力区的总厚度的结论。 关键词： 砷化镓 切片 磨片 抛光片 表面损伤层 Analyses of Surface Damage in SI-GaAs Wafers Zheng Hongjun, Bu Junpeng, Cao Funian, Bai Yuke, Wu Rangyuan, Hui Feng and He Hongjia (Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China) Abstract： The surface damage Layer in the SI-GaAs wafer induced by cutting, grining and polishing was analyzed by means of transmission electron microscopy and X-ray rocking curve measurements after the wafer was chemically etched. A method for determining the depth of surface damage layer of SI-GaAs wafer according to the quantitative difference in the results obtained by the two methods is proposed. Key Words: SI-GaAs, Cutting wafer, Grinding wafer, Polishing wafer, Surface damage 许多重要的砷化镓器件及砷化镓高速数字电路、微波单片电路均在砷化镓晶片表面制造， 集成度越高，对表面的要求越严格。所以，材料表面加工的质量直接影响着器件的性能、成品率及寿命等。 半导体材料表面因切、磨、抛加工而引入的损伤层深度一直是人们深入研究的工作。加工后的晶片表面损伤层可能是由非晶层、多晶层、嵌镶块层和弹性畸变层等构成的多层结构［1］。 测定这些表面损伤层厚度的通常方法有恒定化学腐蚀速率法［2，3］、椭圆偏振仪［4］、透射电子显微镜［5］、光背散射［6］以及Knudsen［7］提出的X射线双晶摆动曲线观测腐蚀剥层晶片表面损伤层法。但这些方法都有一定的局限性。本文采用X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离损伤层深度与TEM观测相结合的方法，定量地分析了材料加工过程中 (切、磨、抛) 引入的损伤层深度。根据两种测量结果的差异，得出了TEM观测到的只是晶片损伤层厚度，而X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离损伤层深度是晶片损伤层及其形成应力层的总厚度的结论。
距离考研真正结束已经有好几个月了，好久没来逛论坛了，记得那时迷茫的我在论坛中一个个找帖子看，只要看到“微固”就一定会点进来看，找资料，请教问题。现在，终于告别了我的考研岁月，有辛酸、有汗水、更有一份份的感动，这其中的滋味，只有走过这段路的人才能真正体会得到！我想说，走过这段路的战友，不管结果如何，你们是真正的英雄！当你选择这条路的时候，其实你应经成功的战胜了自己！ 说实话，我是二战过来的，考的是中国科学院大学微电子学与固体电子学，可惜败在了专业课上（虽然说专业课并不是很公平，自己复习的不好也是一个重要原因），之后就是毕业找工作，刚毕业出来什么都不懂，关键是工作又不是自己喜欢的，所以工作了三个月后我决定继续二战中科院。八月份，又回到熟悉的学校，熟悉的图书馆，记得坐在图书馆的第一个晚上，环顾四周，曾经的战友都不在了，一幅幅陌生的面孔，晚上从图书馆出来我哭了，不知道是什么感觉，就是控制不住我的泪水。心里的委屈无法倾诉，熟悉的地方，物是人非，那种感觉真的很辛酸！可是我在心底暗暗发誓：今年，我一定要考上！ 我知道微固专业是中科院的三大王牌专业之一，每年的录取线都是领跑全院（今年是358），为了梦想，我想豁出去得了，冲！然后就是漫长的复习，从头开始，记得招生简章没出来之前，专业课我选的是固体物理，因为第一年看了一年固体物理的知识，学起来会快很多，命运给了我很大的恩惠。总之，老天给了我一个很好的开始毕竟有失也有得之前的复习也不全一无是处，所以说我更要加倍努力啦！有时候，考研真的单纯只是为了追逐那份心中的梦想，不去想考上了会怎么样，工作怎么样，心里会发誓一定要实现自己的梦想！为了证明自己！我的同学，第一年浙大落榜，第二年继续，这是一种怎样的精神在支持着？考研人，真的勇士！八月份，学校里各种辅导班都在上课，我报的新祥旭的专业课，按照老师的指导一步步地去看书复习，只要好好总结，学习效果还是很明显的。一家之谈，可能每个人的感受不一样吧！当然了有些就是不报班的同学学得也很不错！ 在这里，我想把我数学的学习心得和大家分享一下，今年数学考的不是很好，120，本应该考得很好的，今年数学也较容易，结果考砸了。数学我买了一本李永乐的复习全书，个人觉得比陈文灯的好！主要是陈的书很多内容讲的太繁琐，很多讲题方法是很不错，讲了很多技巧，但是考研很少考到，所以我觉得与大纲偏离的太多。而李的书看起来就很舒服，讲的都是常见题型，常见解题方法，很多题型出的也很好。复习全书一定要认真做！我总共做了三遍，而且做数学题时把它当字典查，所以到最后这本书翻得实在是很烂。如果你觉得里面的题目不够做，可以再买一本660题，里面的小题都是很经典的！ 专业课我想是大家比较关心的，因为考研的总分很大一部分取决于它！今年专业课考了130+，个人觉得也还有很大的提升空间，专业课也很简单，考试才考了一半我就已经完卷了，到最后也没有检查，就等着交卷迎接考研结束，现在想想挺后悔的。我本科学的就是微电子，考试指定的那本教材也是学过的。但是本科时没有好好学，基本上都是考研时才学通了这本书。相信拿到这本书在手里，你也是很难过的，全部都是公式，推导过程！翻一遍过来，头都大了。我当时也是这种感觉，该怎么学啊？当时我问一些学长，他们告诉我，要想把这本书学好，里面的所有公式都要会推导出来！我当时都蒙了，公式记都记不住怎么推啊？好多公式都很冗长！不过困难总是要克服的呀，只能咬咬牙，从头开始看吧！下面我来说说怎么学好这本书。我们都知道微固专业的基础是物理学方面的知识，所以说这本书是基础。不过我的建议是，如果你物理学的知识之前没有接触过，刚开始肯定很多内容都看不懂，但是不要求你看懂，你只要先了解一下基本概念就可以了。在知道都是讲一些什么的时候再回过头来详细地看。但是物理的一些内容要牵扯到量子力学的内容，主要是前面晶格结构的内容，我觉得如果大家不太了解的话，最好把这些书中的相关章节拿出来翻翻，了解一下也好，这些都是一些基础的东西。我想说一遍两遍看不明白很正常！慢慢自己琢磨，不懂就去问老师问同学，总会弄懂的。你要知道既然你选择了微固专业，就要做好吃苦的准备，相信自己一定行！永远不要灰心，你可以沮丧！但不可以放弃！ 其次我想说，光看书也是不够的，要找一些题目来做，很多东西要通过做题才能真正掌握。其实我也知道普通物理的题目真的是很少！书店一般都买不到，课本后的习题也没有答案。但是困难来了，你要自己想办法！我也经常在网上下一些视频拿出来看，巩固专业基础的一些东西。我有一个同学，当时也考微固，我把这个视频拷给他，结果他只听了一两遍就不听了，说听不懂，我那个郁闷的啊唉。其实我想说每听一遍感觉都不一样，都有很多收获！觉得普通物理学得差不多了，就做点题目检验一下，要是有模糊的地方可以把教材拿出来再翻一翻，这样结合着看效果也不错。书上的很多公式自己慢慢去推导，多推导几遍就熟悉了，其实有些内容考试不考。书看过三遍左右的时候就要做真题了，历年真题，每一题都要做精做透！结合一些资料题目来做，课本上课后习题有很多也很好。平时可以把书合
中国科学院微电子研究所硕-博连读研究生培养方案 2009-10-12 | 编辑： | 【大中小】【打印】【关闭】 为加强我所攻读硕士学位研究生的培养工作，进一步提高硕士生的培养质量，根据国家和中国科学院的相关文件的精神，并根据我所的具体情况，特制定攻读硕士学位研究生的培养方案如下： 培养目标 我所攻读硕士学位研究生的培养目标是：进一步学习、掌握马克思主义的基本原理，树立为社会主义现代化建设事业服务的理想。在攻读学科上掌握坚实的基础理论和系统的专门知识；掌握一门外国语（英语）；具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。具有健康的体格。 学习年限 硕士学位研究生的学习年限一般为三年，学位课程学习时间为一年，从事学位论文相关的科学研究和撰写论文为二年至三年。正常情况下，如不能按时毕业者，若完成学习任务，论文答辩未通过，作结业处理。确实由客观因素未能按时完成学习任务，必须由导师提出申请，经研究生部核准，可延长半年至一年，延长学习的时间不计算学制。在职硕士学位研究生的学习年限3年半，论文工作必须结合本职工作。硕士学位研究生一般不得提前毕业。 培养方式 政治理论学习与经常性政治、思想、纪律和理想教育相结合。对硕士生除开设必修的政治理论课外，还应加强形势、政策、理想、法纪、道德品质和爱国主义教育。同时，在完成学习任务的前提下，积极开展社会主义公益和社会实践活动。 贯彻学位课程和论文工作并重的原则。硕士生既要系统地学习理论，也要接受独立从事科
学研究的实践锻炼。贯彻指导教师负责带教和指导教师小组集体培养相结合的原则。导师应该从政治思想和业务学习两方面关心和教育硕士生。 指导教师根据本专业培养方案规定的原则和要求，结合研究方向，制定硕士生的培养计划，对学位课程和论文作出具体安排。硕士生应在导师指导下制定本人学习计划，选修课程必须征得导师或学科点学术秘书的同意；完成学位课程学习计划后，必须在一学期内完成调研工作并转入论文正式工作。 建立每学年年终评比奖励优秀研究生制度，对品学兼优的研究生进行表彰和奖励，以鼓励先进，在研究生中形成积极上进的气氛。 研究专业 我所攻读硕士学位专业为：微电子学与固体电子学（工学）。 课程学习 硕士学位研究生课程分为公共必修课、专业必修课和选修课三大类。学位课程的设置应遵循以下原则： ?公共必修课应按国家统一设置； ?专业必修课六门，按一级学科范畴设置，体现本专业和知识面宽的特点；并设置本学科实验技能方面的课程； ?必修课应相对稳定，课程内容比较成熟，覆盖面较宽，符合本学科发展要求； ?避免与本学科课程中设置内容上的不必要重复； ?为了适应科学技术的发展，在加强基本理论学习的同时，课程设置要有一个合理的知识
微电子技术发展现状及未来的认识和看法 摘要：本文通过对半导体材料、微电子器件及集成电路技术近几年取得的重要成果进行的充分调研，介绍当下微电子的各项新成果。在此基础之上，充分阐述了微电子发展的现状，并对微电子的未来的发展方向给予一些见解。 关键字：微电子半导体 半导体材料是指电阻率在10-3~108Ωcm，介于金属和绝缘体之间的材料。上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。 1 半导体材料、微电子器件及集成电路技术近几年取得的重要成果及发展的现状。 1、1我国国微电子产业简介 我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位，先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶，单晶硅在国内市场占有率为40%。2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地，一期工程计划投资1.8亿元，年产25t 区熔硅和40t重掺砷硅单晶，计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题——“12英寸硅单晶抛光片的研制”。浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发，近几年实现了高成长性的高速发展。 自1965 年，我国研制出第一块双极型集成电路以来，经过40 多年的发展，我国集成电路产业目前已初步形成了设计业、芯片制造业及封装测试业三业并举、比较协调的发展格 局，并将持续保持良好的发展势头。我国微电子产业处在高速发展阶段我国现已成为世界电子产品生产大国，数字电视、3G 等电子产品未来几年内将进入高速发展阶段。据信息产业部预计，2007 年－2011 年这 5 年间，中国集成电路产业销售收入的年均复合增长率将达到27.7%。到2011年，中国集成电路产业销售收入将突破3000亿元，达到3415.44 亿元。届时中国将成为世界重要的集成电路制造基地之一。 1、2 我国微电子产业取得的主要成就 （1）超深亚微米集成技术研究逐渐接近国际先进水平。由于多方面的原因，我国在这一领域的研究工作长期处于劣势，不能与国际先进水平相提并论。在“863”等项目的支持下，清华、北大、中科院微电子所和半导体所等微电子基础条件较好的单位率先开展了面向超深亚微米集成技术的研究，在新型器件结构
北京市 数学与系统科学研究院 力学研究所 物理研究所 高能物理研究所 声学研究所 理论物理研究所 国家天文台 渗流流体力学研究所 自然科学史研究所 理化技术研究所 化学研究所 过程工程研究所 生态环境研究中心 古脊椎动物与古人类研究所大气物理研究所 地理科学与资源研究所 遥感应用研究所 空间科学与应用研究中心 对地观测与数字地球科学中心地质与地球物理研究所 数学科学学院 物理学院 化学与化工学院 地球科学学院 资源与环境学院 生命科学学院 计算机与控制学院 管理学院 人文学院
外语系 工程管理与信息技术学院 材料科学与光电技术学院 电子电气与通信工程学院 华大教育中心 动物研究所 植物研究所 生物物理研究所 微生物研究所 遗传与发育生物学研究所 心理研究所 计算技术研究所 工程热物理研究所 半导体研究所 电子学研究所 自动化研究所 电工研究所 软件研究所 国家科学图书馆 微电子研究所 计算机网络信息中心 科技政策与管理科学研究所 北京基因组研究所 青藏高原研究所 光电研究院 国家纳米科学中心 信息工程研究所 空间应用工程与技术中心（筹）天津市 天津工业生物技术研究所
河北省 渗流流体力学研究所 遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心山西省 山西煤炭化学研究所 辽宁省 大连化学物理研究所 沈阳应用生态研究所 沈阳计算技术研究所 金属研究所 沈阳自动化研究所 吉林省 长春人造卫星观测站 长春应用化学研究所 东北地理与农业生态研究所 长春光学精密机械与物理研究所 上海市 上海应用物理研究所 上海天文台 声学研究所东海研究站 上海有机化学研究所 上海硅酸盐研究所 上海生命科学研究院 上海药物研究所 上海微系统与信息技术研究所 上海光学精密机械研究所 上海技术物理研究所 上海巴斯德研究所
目录 第一章绪论0 简介0 集成电路0 版图设计1 软件介绍1 标准单元版图设计1 标准单元版图设计的概念1 标准单元版图设计的历史1 标准单元的版图设计的优点2 标准单元的版图设计的特点2 第二章D触发器的介绍 2 简介2 维持阻塞式边沿D触发器3 电路工作过程3 状态转换图和时序图3 同步D触发器3 电路结构3 逻辑功能4 真单相时钟（TSPC）动态D触发器4 第三章工艺基于TSPC原理的D触发器设计5 电路图的设计5 创建库与视图5 基于TSPC原理的D触发器电路原理图5 创建D触发器版图6 设计步骤6 器件规格7 设计规则的验证及结果8 第四章课程设计总结9 参考文献 9 第一章绪论 简介 集成电路 集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采
用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。 版图设计 版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。版图在设计的过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能，Cadence 的Virtuoso的版图设计软件帮助设计者在图形方式下绘制版图。 对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行： （1）划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。（2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。（3）布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。 （4）压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。软件介绍 目前大部分IC 公司采用的是UNIX 系统，使用版本是SunSolaris。版图设计软件通常为Cadence ，它是一个大型的EDA 软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC 设计、FPGA设计和PCB 设计。软件操作界面人性化，使用方便，安全可靠，但价格较昂贵。 标准单元版图设计 标准单元版图设计的概念 标准单元,也叫宏单元。它先将电路设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元的版图, 按照最佳设计的一定的外形尺寸要求, 精心绘制好并存入单元库中。实际设计ASIC电路时, 只需从单元库中调出所要的元件版图, 再按照一定的拼接规则拼接, 留出规则而宽度可调的布线通道, 即可顺利地完成整个版图的设计工作了。 基本逻辑单元的逻辑功能不同, 其版图面积也不可能是一样大小的。但这些单元版图的设计必须满足一个约束条件, 这就是在某一个方向上它们的尺寸必须是完全一致的, 比如说它们可以宽窄不一, 但它们的高度却必须是完全相等的,这就是所谓的“等高不等宽”原则。这一原则是标准单元设计法得以实施的根本保证。 标准单元版图设计的历史 随着集成电路产业迅猛的发展,工艺水平不断提高,集成电路特征尺寸循着摩尔定律不断缩小。设计芯片时需要考虑的因素越来越多,芯片设计的复杂程度也越来越高。因而尽可能复用一些已经通过工艺验证的IP核可以提高设计的效率,降低芯片设计的成本。
中科院半导体所科技成果——基于TDLAS技术的气体 传感器 项目成熟阶段生长期 项目来源公益行业（气象）专项资金 成果简介基于可调谐二极管激光器吸收光谱技术（TDLAS）的气体传感器，是结合光电子学，光谱学，以及微弱信号处理等高新技术的气体传感器系统。该设备与传统的气体传感器装置（电化学法，气象色谱法，吸附法）相比具有更高的灵敏度，更精确的测量数据，更快的响应速度，以及在线实时测量等特点。 通过内建程序及显示屏，可以实时显示当前的待测气体浓度，以及各测量量随时间变化的曲线。标准的RS232通信接口可以方便的向上位机传输实时测量数据。通过光纤和电缆的延伸，可以进行远端在
线测试。通过可更换的气室选择，完成不同环境下的测试任务。并且我们可以根据客户的要求进行定制气体（H2O、NO、CH4、HF）的测试。 技术特点 基于可调谐二极管激光吸收光谱技术，通过向待测气体发射特定波长的激光，并对穿过气体的激光信号进行解调，分析气体的组分和浓度。利用光吸收技术进行气体浓度测试，不会对气体组分造成影响，并且响应速度很快，可以进行实时监测及数据采集。通过延长的光纤和电缆，可以将传感器深入到人身无法达到的地方及环境，进行远程测试。 专利情况 多项专利技术申请中，其中已授权1项。 市场分析
根据我们目前的调研情况，目前能够很容易检测的气体包括H2O、NH3、NO、HF、HBr、HI、CH4，其中H2O和HF的检测灵敏度可以高达100个ppb，是目前同类型传感器中灵敏度最高的检测手段。上述气体都是化工生产、气象监测、特种气体测量（如SF6中的水汽测量、矿井的瓦斯监测等），因此该类传感器具有非常广阔的应用前景。另外，目前国家在环境监控非常重视，其中一些危险气体的检测缺乏体积小、灵敏度高、响应时间快的传感器技术，因此该技术还能在国家安全和环境控制方面发挥重要的作用。 合作方式技术入股 产业化所需条件 企业提供厂房、基础建设、资金、可靠性试验设备、人员配合。
2016年中科院微电子所考研复试经验 准备了10个月，初试发挥不是很好，393，今年分都高，我差不多十七八名吧，但复试后总排名变成第一了，给大家说说经验。 准备考微所是去年三月八号开始的。有点早，但是大一混到大三，该玩的都玩了，对自己说是时候学点了，但老实说大三下学期看不下去书，每天学4个小时吧，一去自习室就想睡觉，但那个学期让我生活习惯改了过来。暑假和我女朋友出去住的。每天学8个小时，效率很高。然后暑假开学后突然质变了，学习效率超级高，差不多一天能学10个小时。学啊学啊到了冬天，发现身体因为学习变得不行了，总生病，反正最后两个月就没消停。最后浑浑噩噩的考完了。寒假回家玩了一个月，开学查成绩，发现过复试了，很开心。 开始准备复试。复试要看好多书，数电模电信号。我看了一天模电就放弃了。因为模电可是补考了两次才抄过去的。完全看不懂，于是下定决心看器件工艺方面的，差不多五六天就看完了吧。这时候我就在想如果复试就这样岂不是太简单了，后来发现的确是这回事，复试的时候老师的确会问点没学过的东西。这时候我受我们班长的诱导，说一个微所博士说微电子十室搞22nm工艺的牛人多，挺虎的。于是我开始看工艺，看论文。先上微电子所官网看看他们室的方向有哪些，然后就是下论文看论文。找那种总结性的论文。这样能看懂。然后呢，好好做笔记，对新东西一定要了解，后来复试的发现太有用了。 说说复试经历吧，我复试前就猜应该复试会问些不一样的东西，要不然还不如考专业课卷子呢，后来李博老师也是这么说的。果然第一天下午复试出来的人好多都发现问的问题很怪异，有些不是很好答，书上都找不到。对了，复试通知上说，复试主要考基本原理和知识面，这就要求不能只会书上的东西。第二天轮我复试了，还好，竟然不紧张。进去了，鞠躬，说老师好，然后坐下来自我介绍，后来同学说我自我介绍的时候身体晃来晃去的。这个自我介绍太重要了，你要靠这个介绍让老师问你学过的东西，我对老师说我对新的东西总有兴趣，
D触发器工作原理 D触发器工作原理 主从JK触发器是在CP脉冲高电平期间接收信号，如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器产生与逻辑功能表不符合的错误状态。边沿触发器的电路结构可使触发器在CP脉冲有效触发沿到来前一瞬间接收信号，在有效触发沿到来后产生状态转换，这种电路结构的触发器大大提高了抗干扰能力和电路工作的可靠性。下面以维持阻塞D触发器为例介绍边沿触发器的工作原理。 维持阻塞式边沿D触发器的逻辑图和逻辑符号如图9-7所示。该触发器由六个与非门组成，其中G1、G2构成基本RS触发器，G3、G4组成时钟控制电路，G5、G6组成数据输入电 路。和分别是直接置0和直接置1端，有效电平为低电平。分析工作原理时，设和 均为高电平，不影响电路的工作。电路工作过程如下。 (a) 逻辑图 (b) 逻辑符号 图9-7 维持阻塞型D触发器 ①CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出为1，触发器的状态不变。同时，由于至G5和至G6的反馈信号将这两个门G5、G6打开，因此可接收输入信号，使=，= =。 ②当CP由0变1时，门G3和G4打开，它们的输出和的状态由G5和G6的输出状态决定。==，==。由基本RS触发器的逻辑功能可知，=。
③触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。G3和G4打开后，它们的输出和的状态是互补的，即必定有一个是0，若为0，则经G4输出至G6输入的反馈线将G6封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。G3为0时，将G4和G5封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁；G3输出端至G5反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；G3输出端至G4输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用，称为置0阻塞线。因此，该触发器称为维持阻塞触发器。 由上述分析可知，维持阻塞D触发器在CP脉冲的上升沿产生状态变化，触发器的次态取决于CP脉冲上升沿前D端的信号，而在上升沿后，输入D端的信号变化对触发器的输出状态没有影响。如在CP脉冲的上升沿到来前=0，则在CP脉冲的上升沿到来后，触发器置0；如在CP脉冲的上升沿到来前=1，则在CP脉冲的上升沿到来后触发器置1。维持阻塞触发器的逻辑功能表如表9-4所示。 表9-4 触发器的逻辑功能表 说明 0 0 复位 1 1 置位 依据逻辑功能表可得触发器的状态方程为 (9-2) 【例9-4】已知上升沿触发的D触发器输入和时钟CP的波形如图9-8所示，试画出端波形。设触发器初态为0。 图9-8 维持阻塞触发器的波形图
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要求：采用0.25um CMOS工艺（SPICE模型，BSIM3.1）设计一个基于传输门结构的D触发器，要求该D触发器带有异步高电平置位。 1)用HSPICE仿真验证该D触发器功能的正确性。 2)利用HSPICE仿真得出该D触发器的建立时间、保持时间和传输延时的值，假设D触发器的负载是该D触发器的数据输入端。 3)请优化该D触发器的晶体管尺寸，使建立时间最小。 4)优化尺寸使传输延时最小。 仿真过程中，输入信号和clock的跳变沿(上升沿时间和下降沿时间)统一为0.2ns。如下面的clock的例子： vclk clock 0 pulse (0 2.5 0 0.2n 0.2n 4.8n 10n) 建立时间定义含混，难以精确确定。一般减小寄存器数据到clock的时间不会使输出立刻出错，但它会使输出延时增大，所以一般建立时间的定义有两种方法： (b) 1、定义成时钟之前数据输入必须有效的时间。（但有效的含义是什么，难以精确确定） 2、定义成使D-Clk时间差与tc-q延时的和最小时寄存器的工作点。这一点使触发器的延时总开销最小。即图(b)中斜率45度的点。X轴和Y轴等比例！ 在全定制设计中这个值可以比较接近出错点，但在半定制标准单元设计中，寄存器的建立时间和保持时间定义成相对tcq增大一个固定百分比时（一般为5%），数据-时钟的时间差。注意，这些曲线在0-1和1-0翻转时不同，因此0和1值得建立时间和保持时间是不一样的，另外建立时间和保持时间还和时钟与数据的斜率有关，在非线性模型中用一个二维表格表示。 在本练习中，采用第二种建立时间定义方法。假定都采用使输出延时比原来增大5%的时间点作为建立时间。分别测量输出“1”和输出“0”的不同的建立时间。保持设计的定义与此相似,，同样用输出延时增加5%作为定标点。