一種單級長延時(shí)電路的設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一款單級長延時(shí)產(chǎn)生電路。此長延時(shí)產(chǎn)生電路，對輸入的低脈寬寬度沒有要求，一次展寬到位，同時(shí)通過精準(zhǔn)的電流源設(shè)計(jì)，采用工藝偏差比較小的電容，消耗極小的版圖面積，提高了信號精度，電路在TSMC0．35微米工藝得到驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計(jì)效果。
關(guān)鍵詞：延時(shí)；脈寬；異步時(shí)序；只讀存儲器

調(diào)查顯示，在整個世界范圍內(nèi)，存儲器芯片的交易大概占了半導(dǎo)體交易的三分之一，存儲器成為數(shù)字產(chǎn)品中重要組成部分。存儲器的存儲速度、功耗成為存儲器芯片研發(fā)中重要指標(biāo)。存儲器電路根據(jù)不同的應(yīng)用和不同的存儲方式分成了各種不同的種類，包括SRAM，DRAM，ROM．EPROM，F(xiàn)LASH和FRAM等。隨著電子設(shè)備的發(fā)展，電子設(shè)備的存儲容量越做越大，存儲密度也越來越高。存儲密度的不斷發(fā)展，快速推動了半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，使半導(dǎo)體工藝的特征尺寸越做越小。同時(shí)存儲器基本單元結(jié)構(gòu)也不斷創(chuàng)新和縮小，從典型的8T、6T到一個單管。
隨著特征尺寸的減小，芯片存儲密度的增大，仔儲器讀寫速度的不斷提高，存儲器瀆寫時(shí)位線上的寄生電容越來越成為芯片讀取速度的關(guān)鍵。大的位線電容導(dǎo)致讀取數(shù)據(jù)時(shí)，電容的充放電變得緩慢，嚴(yán)重制約著存儲器讀寫速度。現(xiàn)在大規(guī)模的存儲器的數(shù)據(jù)讀寫，一般都需要上下預(yù)充電和靈敏放大器的參與。靈敏放大器的類型分為：電壓靈敏放大器和電流靈敏放大器。上下預(yù)充電和靈敏放大器的應(yīng)用使存儲器的讀寫一般都采用異步時(shí)序進(jìn)行讀寫。先通過地址檢測器，產(chǎn)生地址檢測信號，再使用地址檢測信號產(chǎn)生一些列錯開的時(shí)序控制信號。控制信號分別對預(yù)充電電路、基本存儲單元、靈敏放大器、輸入輸出鎖存器進(jìn)行異步時(shí)序控制?？刂菩盘栃枰M(jìn)行延遲處理、展寬處理和錯位處理。因存儲器的容量的急劇增大，每一位線上帶的基本存儲單元也相應(yīng)增加，存儲位線上的電容變得顯著。導(dǎo)致靈敏放大器讀寫時(shí)間增加。因此預(yù)充電的工作和靈敏放大器的工作需要更寬的電平脈沖，同時(shí)靈敏放大器的脈沖要在預(yù)充電脈沖之后。用RC延時(shí)產(chǎn)生展寬脈寬，每一級最多展寬到輸入信號脈寬的兩倍。需要多級展寬才能得到適合的寬脈寬。并且用RC產(chǎn)生長延時(shí)信號需要幾級RC電路且每一級RC之間還需要有緩沖器，同時(shí)輸入脈沖不能太窄，否則狀態(tài)容易在不同的工藝角上出現(xiàn)飄掉的可能。同時(shí)多級的RC消耗比較大的芯片面積。本文在分析傳統(tǒng)多級RC輸入低脈沖展寬電路原理基礎(chǔ)上，用單級的思想設(shè)計(jì)了單級長延時(shí)電路。

1 傳統(tǒng)多級RC輸入低脈沖展寬電路
1．1 傳統(tǒng)低脈沖展寬電路原理分析
傳統(tǒng)低脈沖展寬電路如圖1所示，輸入Vin為低的窄脈沖，令其脈沖寬度為Win，第一級的輸出V1，令其脈沖寬度為W1，第二級的輸出V2，令其脈沖寬度為W2，第i-1級的輸出為Vi-1，令其脈沖寬度為VOUT，最后輸出脈沖，另其脈沖寬度為WOUT。

則經(jīng)過第一級的脈寬展寬為：W1=Win+R1C1且R1C1Win。
經(jīng)過第二級的脈寬展寬為：W2=W1+R2C2且R2C2W1。
經(jīng)過第i級的脈寬展寬為：Wi-1=Wi-2+Ri-1Ci-1且Ri-1Ci-1Wi-2。
最后輸出脈寬展寬為：WOUT=Wi-1+RiCi且RiCiWi-1。
由上面分析可知，多級RC輸入低脈沖展寬電路，首先對輸入脈沖寬度有要求，如果輸入脈寬太窄，比如說1ns的延時(shí)，則要得到12ns的脈寬至少要4級，且每一級的RC延遲要小于這級的輸入低脈沖寬度，否則產(chǎn)生的輸出脈寬在中間將斷開，分成兩個相隔的輸入低脈沖，同時(shí)如果Vin低脈沖太窄，則不能使電容的電壓充到使反相器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)的最低高電平處，則與門的一端輸入一直為高，另一端為Vin，因此不能使輸入的窄脈沖發(fā)生展寬。
此RC多級脈寬展寬電路，需要耗費(fèi)比較大的芯片版圖面積。下面假設(shè)輸入為1ns的低脈沖，5級RC延時(shí)展寬電路，仿真得到的結(jié)果如圖2。

可知窄的低脈沖需要多級才能展開到一定的脈沖寬度，而且每一級必須保證RC延遲小于輸入脈沖本身的寬度，否則輸出脈沖不能連續(xù)。