[发明专利]一种抗地弹效应的输出电路

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路，具体涉及一种用于数字电路的具有抗地弹效应的输出电路。

背景技术

半导体集成电路内部的电源线和地线并非理想的电源和地。这是因为半导体集成电路的电源线网络和地线网络的分布以及半导体集成电路的封装，引入了很多寄生电参数(包括寄生电感、电容、电阻等)，特别是寄生电感的引入，给半导体集成电路内部带来了严重的信号完整性问题。半导体集成电路内部电源与地线之间存在退耦合电容，电路板上的电源和封装管壳电源之间存在封装电感，封装管壳电源和半导体集成电路内部电源之间存在片上寄生电感，电路板上的地线和封装管壳地线之间存在封装电感，封装管壳线地和半导体集成电路内部地线之间存在片上寄生电感。一般来说封装电感远大于片上寄生电感，对于不同的封装形式，其封装电感也是有差别的，如对于DIP封装(双列直插式封装)，其单个管脚的封装电感为2-18nH；对于PGA封装(插针网格阵列封装)，其单个管脚的封装电感为4-6nH；而对于表帖封装，其单个管脚的封装电感为1-12nH。

当半导体集成电路的电源线和地线中有较大的瞬态电流变化，这一瞬态电流经过封装电感产生交流电压降，将造成半导体集成电路内部电源和地线电压与电路板上的电源和地线电压不同。这一现象叫做地弹效应，此效应在电源和地线中引入了地弹噪声。因为输出电路(包括输入输出电路的输出部分)在工作时往往产生较大的瞬态电流变化，所以输出电路工作时引入的地弹效应是半导体集成电路地弹噪声的最主要的来源。图1是包含了寄生电感(主要是封装电感)的输出电路的电路图。图中将封装电感和片上寄生电感合为一个寄生电感，L5为电源线上的寄生电感、L6为地线上的寄生电感；MP1和MN1为输出管，为了驱动较大的负载，输出管一般都有着很大的宽长比；预驱动电路是输出管的控制电路。当输出电路的输出发生变化时，有较大的瞬态电流流过寄生电感，将产生地弹效应。以输出由高电平变化为低电平为例，此时输出管MP1关断，MN1开启，在状态变换过程中产生电流In：

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

这里K＝u_nC_ox(W/L)，u_n为电子迁移率，Cox为单位面积的栅电容，W/L为NM1的宽长比，V_GS为NM1的栅源电压，V_T为NM1的阈值电压。该电流流过寄生电感L6，产生地弹噪声Vn：

Vn=LgdIndt]]>

若半导体集成电路中有N个输出电流同时发生此类状态变化，产生地弹噪声Vn可表示为：

Vn=NLgdIndt]]>

由此可知地弹噪声Vn与电流变化率成正比。因为电流变化率会在t=tr2]]>(t_r为上升时间)时最大，所以在此时会产生最大地弹噪声Vn，max：