西安电子科技大学硕士学位论文双通道单刀双掷模拟开关的设计姓名：黄丽芳申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：贾护军20090101摘要本论文选题来源于公司的一个研发项目，设计的是一款低压、单电源供电的双通道单刀双掷模拟开关。主要应用于通信系统和便携式电池供电设备中，如音频／视频信号切换、电池供电应用等。单刀双掷模拟开关电路的设计包括四个模块：ＭＯＳ开关电路、驱动电路、缓冲电路和ＥＳＤ保护电路。在ＭＯＳ开关的设计上，设计了一款开关时间不同的双通道ＭＯＳ开关，并对传统的衬底偏置进行了改进，更好的满足了设计的要求；设计了一款高效的开关驱动，该驱动电路能产生两路互补信号控制开关电路的通断，且实现了先断后通的切换方式；提出了几种缓冲电路的设计方案，有效地消除了噪声；提出了几种静电保护方案，能有效的防止静电放电对工作电路造成的损害。仿真结果表明，本设计实现的芯片开关速度快（ｔｏＮ：４３ｎｓ；ｔｏｗ：３ｎｓ），切换时间短（５ｎｓ），电荷注入低（ＱＮｏ：３１０Ｃ；ＱＮｃ：１１０Ｃ），导通电阻低（ＲＮｏ：０．９１ｆｌ；ＲＮＣ：Ｏ．６５Ｑ），都达到了相应的设计要求。
关键词：模拟开关单刀双掷双通道ＥＳＤ保护ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｌｏｗ·－ｖｏｌｔａｇｅｓｉｎｇｌｅ·－ｓｕｐｐｌｙｄｕａｌＳＰＤＴａｎａｌｏｇｓｗｉｔｃｈｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｎａｌｏｇＳｗｉｔｃｈＳＰＤＴＤｕａｌＣｈａｎｎｅｌＥＳＤ西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：亟～殛豸日期．趁出！舅
西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。
本人签名：垒∑孟蓥日期：望丝２。主，罗
导师签名：日期：第一章绪论第一章绪论本选题来源于公司的一个研发项目，具有明确的应用需求背景和工程实用价值，设计了一款低导通电阻、低压、单电源供电的双通道单刀双掷模拟开关。它采用ＴＳＭＣ０．３５９ｍＣＭＯＳ工艺进行设计，利用ＣａｄｅｎｃｅＥＤＡ的ＨＳＰＩＣＥ对电路进行模拟仿真。在分析ＭＯＳ管电学特性和ＭＯＳ开关原理的基础上，分析并设计了ＭＯＳ开关电路、驱动电路、静电保护电路和缓冲电路。ＨＳＰＩＣＥ仿真结果表明，该器件具有良好的开关特性：开关速度快（ｔｏＮ＝４３ｎｓ、ｔｏＦＦ＝３ｎｓ）、电荷注入Ｉ＇氐（ＱＮｏ＝３１０Ｃ，ＱＮｃ＝１１０ｃ）、切换时间短（ｔＤ＝５ｎｓ）、导通电阻低（ＲＮｏ＝０．９ｌＱ，ＲＮｃ＝０．６５ｆ２）。它与国产的同类型模拟开关相比，速度更快、导通电阻更低。
１．１微电子技术发展现状及趋势自从１９４７年发明半导体晶体管，１９５８年第一块半导体集成电路诞生，微电子技术经过半个世纪的高速发展，向人们显示出微电子无所不在，无所不能。微电子已成为国民经济和人类不可短缺的“粮食”。美国半导体协会把半导体技术（主要是集成电路——．ＩＣ）称为美国经济发展的驱动器。过去３０年世界上有多少产品销售价格每年降低３０％？只有一种——半
导体。微电子技术既是基础，又是高科技。进入２１世纪，微电子技术仍将飞快地向前发展。
１．１．１微电子技术发展水平自从ＩＣ诞生以来，ＩＣ芯片的发展基本上遵循了Ｉｎｔｅｌ公司创始人之一的ＧｏｒｄｏｎＥ．Ｍｏｏｒｅ１９６５年预言的摩尔定律。该定律说：芯片上可以容纳的晶体管
数目每１８个月便可以增加一倍，芯片集成度１８月翻一番。这被视为半导体技术前进的经验法则。换句话说，工艺技术的进展对ＩＣ集成度的提高起到乘积的效果，使得每个芯片可以集成的晶体管数目急剧增加，其ＣＡＧＲ（累计平均增长率）达到了每年５８％，即三年四番（１．５８３＝４）。１９７８年时，人们认为光学光刻的极限是１微米。而发展到２０世纪末，人们认为光刻的极限推进到Ｏ．０５微米，即５０纳米。可以这样说，摩尔定律的尽头就是光学光刻的尽头。２０００年，摩尔博士在回答提问时说，摩尔定律１０年不会变，最高可以突破Ｏ．０３５９ｍ，即３５ｒｉｍ，预计到２０１０年到２０１２年之间技术会达到成熟。表１．１是从１９９５年到２０１０年世界超大规模集成电路技术发展趋势。２双通道单刀双掷模拟开关的设计表１．１超大规模集成电路技术发展趋势（１９９５年一２０１０年）年份１９９５１９９８２００１２００４２００７
２０１０
最小线宽／ＬＬｍＯ．３５Ｏ．２５Ｏ．１８Ｏ．１３０．１０．０７
逻辑晶体管数／ｃｍ２４×１０６７×１０６１３×１０６２５×１０６５０×１０６９０×１０６
（成本／晶体管）／毫美分１Ｏ．５０．２Ｏ．１Ｏ．０５０．０２最多互联线层数４—５５５—６６６～７７～８
点穴缺陷数／ｍ２２４０１６０１４０１２０１００２５
最少掩膜数１８２０２０２２２２２４
ＡＳＩＣ芯片尺寸／删ｎ２４５０６６０７５０９００１１００１４００
年份１９９５１９９８２００ｌ２００４２００７２０１０
电源电压（台式机）３．３
２．５１．８１．５１．２Ｏ．９
芯片Ｉ／Ｏ数９００１３５０２０００２６００３６００４８００
从表１．１看出，预计到２０１０年最小线宽将达到Ｏ．０７ｐ，ｍ。技术代发展为：Ｏ．３５岬一÷０．１８岬叶Ｏ．１３ＩＪｍ＂－＊０．１０岬一０．０７９ｉｎ。
经过几年的实际进展，美国半导体协会（ＳＩＡ）又重新修订了半导体技术发展规划，从１９９７年至２０１０年，对技术代又补充了两代，一是在０．１８ｔｔｍ和０．１３哪之间加了一代Ｏ．１５岬，另是在Ｏ．０７Ｉ＿ｔｍ之后又增加了一代Ｏ．０５岍，基本上都是提前了一年。目前集成电路的主流技术为８英寸０．２５１．ｔｍ，而１２英寸Ｏ．１８ｒｔｍ技术也已经成熟，０．１５Ⅲ＇ｎ、Ｏ．１３１ａｍ产品已经开始投产，正在向０．１０１ｍａ前进，并且发展速度总是比预计的还要快。
１．１．２微电子技术发展方向２１世纪初微电子技术仍将以尺寸不断缩小的硅基ＣＭＯＳ工艺技术为主流。随着ＩＣ设计与工艺水平的不断提高，系统集成芯片将称为发展的重点，并且微电子技术与其他学科的结合将会产生新的技术和新的产业增长点。主流工艺——硅基ＣＯＭＳ电路硅半导体集成电路的发展。一方面是硅圆片的尺寸愈来愈大，另一方面是光刻加工线条（特征尺寸）愈来愈细。从硅片尺寸来看，从最初的２英寸，经过３英寸、４英寸、５英寸、６英寸发展到当今主流的８英寸。据统计，目前世界上有２５２条８英寸生产线，月产片总数量高达４４０万片，现在还在继续建线。近几年又在兴建１２英寸生产线，硅原片直径达３００ｒａｍ，它的面积为８英寸片（①２００ｍｍ）的２．２５倍。１９９９年１１月下旬，有摩托罗拉与ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ联合开发的全球首批３００ｍｍ原片产品面市。
该产品是６４Ｍ位ＤＲＡＭ，采用的是０．２５Ｉ．ｔｍ工艺技术，为标准的ＴＳＯＰ封装。据