版图设计 - 基于数字芯片的多协议可编程接口设计

　　3 版图设计

　　基于SMIC18混合信号工艺，采用CadenceVirtuoso工具设计版图。由于本设计是与输入输出接口电路的其他部分电路整体流片，故该可编程输入接口电路版图设计的难点在于与可编程输出缓冲及ESD的连接部分。首先，必须在设计ESD电路时注意NMOS管的栅长不能取最小宽度，必须要稍大一点，PMOS管则使用最小规则。ESD电流回路导电层拐角为45°，NMOS与PMOS之间采用双保护环结构且两种管子之间距离必须大于15μm；其次，电路采用插指结构，防止产生寄生hipolar器件；最后，在设计允许的情况下，电源及地环路的金属线宽尽量大，避免输出缓冲器的大电流从输入输出共用的PAD端泄露到输入电路中来造成电路功能不稳，ESD电路与最终输入路径的距离也要保持在50μm以上，如图4(a)。最终，采用Cadence Virtuoso工具，设计完成的整体版图如图4(b)所示。

 

 

 

　　4 流片验证与测试

　　基于SMIC18混合信号工艺制作了芯片，封装形式为DIP28陶瓷封装，拍摄照片如图5所示，该芯片为完整的带ESD保护的可编程输入输出接口。其中，与本文设计电路相关的引脚对应关系如表2所示。

 

 

 

　　其中，VCCI及GND为可编程输入接口电路供电及接地脚，Bit0～Bit1为输入缓冲器选择控制端，Bit2～Bit5为延迟量控制端，Bit3及Bit4分别为未经延迟及经过延迟的输入延迟，最终可以通过数字芯片内部MUX进行选择输入，PAD及Vref分别为信号PAD线及外部基准电压接口PAD线。

　　对芯片进行了直流及交流特性测试，测试结果显示，在芯片上电之后，电路输入输出直流电平，控制信号电平，输入信号波形，可控延迟量均与设计指标非常接近，达到了较好水平。输入路径自身延迟也在可以接受的范围内，将本芯片的测试延迟与Xilinx公司Vitex5芯片数据进行对比，如表3所示。

 

 

 

　　5 结语

　　基于SMIC混合信号工艺，给出了一个应用于高性能数字芯片的可编程输入接口电路设计方案，并流片制作。测试结果表明，电路拓扑结构是完全成功的，并可以与其他模块一起集成在数字芯片PAD线与内部电路之间，完成可控输入功能，支持多协议标准，并支持延迟量控制。