ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ VLSI. Ασκήσεις Ι. Γ. Τσιατούχας. Πανεπιςτιμιο Ιωαννίνων. Τμιμα Μθχανικϊν Η/Υ και Πλθροφορικισ 8/11/18

Transcript

1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ LSI Πανεπιςτιμιο Ιωαννίνων Ασκήσεις Ι Τμιμα Μθχανικϊν Η/Υ και Πλθροφορικισ 8/11/18 Γ. Τσιατούχας

2 Άσκηση 1 1) Σχεδιάςτε τισ ςφνκετεσ COS λογικζσ πφλεσ (ςε επίπεδο τρανηίςτορ) που υλοποιοφν τισ ακόλουκεσ ςυναρτιςεισ. F 1 F B (C ) ( B C) E 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι

3 Απάντηση 1 (Ι) F 1 B (C ) C B F 1 F 1 B C Gnd 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 3

4 Απάντηση 1 (II) B F ( B C) E C E F C B E Gnd end 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 4

5 Άσκηση ) Τα τρανηίςτορ των ςχθμάτων ζχουν καταςκευαςτεί ςε COS τεχνολογία nm με ονομαςτικι τάςθ κατωφλίου (για SB =0) ίςθ με 140m για το nos και 140m για το pos. Α) Προςδιορίςτε τθν περιοχι λειτουργίασ του κάκε τρανηίςτορ για τισ τιμζσ των τάςεων που δίδονται, λαμβάνοντασ υπόψιν το φαινόμενο ςϊματοσ για τθν εξάρτθςθ τθσ τάςθσ κατωφλίου t από τθ SB ςφμφωνα με το γράφθμα που ακολουκεί. Αιτιολογιςτε τισ απαντιςεισ ςασ. Β) Υπολογίςτε τισ τιμζσ των ρευμάτων I ςτα τρανηίςτορ αν ο ςυντελεςτισ απολαβισ ρεφματοσ είναι k n =0.1mΑ/ και k p =0.05m/ για το nos και pos τρανηίςτορ αντίςτοιχα. m S 30 GS =-0.7 GS =-0.7 GS =-0.9 G 300 Β S =-0.57 S =-0.57 S = SB =0.0 SB =-0.6 SB =-1.0 t GS =0.6 GS =0.8 GS = G Β 160 S =0.35 S =0.58 S = SB =0.6 SB =0.4 SB = S SB 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 5

6 I = 0 k k m t n n ( GS ) t GS 315m 60m 30m t S S Απάντηση GS t Αποκοπή 0 S < GS t Γραμμική 0 < GS t S Κόρος 140m S G Β G Β end 8/11/18 SB Ασκήσεις - Ενότητα Ι 6 S κόροσ κόροσ αποκοπι GS =-0.7 GS =-0.7 GS =-0.9 S =-0.57 S =-0.57 S =-0.6 SB =0.0 SB =-0.6 SB =-1.0 κόροσ κόροσ γραμμικι GS =0.6 GS =0.8 GS =1.0 S =0.35 S =0.58 S =0.65 SB =0.6 SB =0.4 SB =0.0

7 Άσκηση 3 3) Στο κφκλωμα που ακολουκεί τα δφο τρανηίςτορ ζχουν καταςκευαςτεί ςτθν ίδια τεχνολογία και θ τάςθ κατωφλίου τουσ είναι t0 =00m ενϊ θ ευκινθςία (κινθτικότθτα) των θλεκτρονίων (μ n ) είναι τετραπλάςια εκείνθσ των οπϊν (μ p ). Προςδιορίςτε για ποιεσ τιμζσ του λόγου των πλατϊν των τρανηίςτορ W /W 1 θ τάςθ ςτον εςωτερικό κόμβο Ο είναι μικρότερθ ι ίςθ των 50m. Το μικοσ των καναλιϊν και για τα δφο τρανηίςτορ είναι το ελάχιςτο τθσ τεχνολογίασ (nm). Να μη λάβετε υπ όψιν το φαινόμενο διαμόρφωςθσ καναλιοφ και το φαινόμενο ςϊματοσ. Μ 1 1 Μ1 Ο 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 7

8 Απάντηση 3 (Ι) Χωρίσ το φαινόμενο ςϊματοσ t1 = t = t0! Εξετάηουμε τθν οριακι τιμι όπου O =50m. Στο pos τρανηίςτορ ιςχφει: G =0, S =1 και =50m. Συνεπϊσ: S =950m > 800m= GS t0 >0 με αποτζλεςμα το Μ να είναι ςτον κόρο! GS Μ 1 Στο nos τρανηίςτορ Μ1 ιςχφει: G1 =1, S1 =0 και 1 =50m. 1 Μ1 I Ο S S1 Συνεπϊσ: S1 = Ο =50m < 800m= GS1 t0 >0 με αποτζλεςμα το Μ1 να είναι ςτθν γραμμικι περιοχι! GS1 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 8

9 I 1 I Απάντηση 3 (ΙΙ) Τα ρεφματα μζςα από τα δφο τρανηίςτορ κα πρζπει να είναι ίςα: I μ n W 1 k n1 GS1 GS1 t0 O t0 S1 O μ p S1 W GS k p t0 GS t0 Μ 1 W W 1 μ n GS1 μ p t0 GS O t0 O 0,48 1 Μ1 I Ο Συνεπϊσ: W W 1 0, ϊςτε O 50m. end 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 9

10 Άσκηση 4 4) Τα pos τρανηίςτορ του ςχιματοσ ζχουν τάςθ κατωφλίου tp = 00m. Αν θ τάςθ τροφοδοςίασ είναι 1, υπολογίςτε τθν τελικι τιμι τθσ τάςθσ Μ μετά τθ χρονικι ςτιγμι των 10ns για τισ ακόλουκεσ τιμζσ τθσ τάςθσ : α) 0, β) 150m, γ) 650m και δ) 1.0 Αγνοιςτε το φαινόμενο διαμόρφωςθσ καναλιοφ και το φαινόμενο ςϊματοσ. Μ ns t 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 10

11 Απάντηση 4 (Ι) Τθ χρονικι ςτιγμι 10ns θ τάςθ κα είναι 1. α) Στθν πρϊτθ περίπτωςθ αρχικά ςτα 10ns κα ιςχφει GS1 = S1 =1 και το τρανηίςτορ Μ1 άγει. Η κα αποφορτιςτεί μζχρι θ τάςθ GS1 να γίνει ίςθ με τθν απόλυτθ τιμι τθσ τάςθσ κατωφλίου tp οπότε το τρανηίςτορ περνάει ςτθν αποκοπι. S G 1 B Μ GS1 G1 S1 tp 0 tp tp 00m β) Παρόμοια ςτθ δεφτερθ περίπτωςθ θ Μ κα αποφορτιςτεί μζςω του Μ1 μζχρι θ τάςθ GS1 να γίνει ίςθ με τθν απόλυτθ τιμι τθσ τάςθσ κατωφλίου tp οπότε το τρανηίςτορ περνάει ςτθν αποκοπι. GS1 G1 S1 tp 0 tp tp 00m 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 11

12 Απάντηση 4 (ΙΙ) γ) Στθν τρίτθ περίπτωςθ θ Μ κα αποφορτιςτεί μζχρι θ τάςθ S1 να γίνει ίςθ με μθδζν. G S 1 B S1 0 1 S m GS1 G1 S end 8/11/18 Ασκήσεις - Ενότητα Ι 1 0 Σε αυτι τθν περίπτωςθ θ τάςθ GS1 κα είναι ίςθ με 650m και το τρανηίςτορ Μ1 κα είναι ςτθ γραμμικι περιοχι. GS1 G1 S m 650m δ) Τζλοσ, ςτθν τζταρτθ περίπτωςθ κακϊσ 1 = S1 = 1 δεν κα υπάρξει ρεφμα μζςα από το τρανηίςτoρ και θ Μ κα παραμείνει ςτο 1. S1 Μ 0 1 S Σε αυτι τθν περίπτωςθ θ τάςθ GS1 κα είναι ίςθ με 1 και το τρανηίςτορ Μ1 κα είναι και πάλι ςτθ γραμμικι περιοχι.