ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ"

Ἐλισάβετ Δεσποτόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΗΓΜΕΝΩΝ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ POJET ΠΡΟΒΛΗΜΑ 5.10 ΑΠΟ ΤΟ ΒΙΒΛΙΟ ΤΟΥ ABAEY ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΕΝΟΣ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑ Καλόγηρος Κωνσταντίνος (4760) Σχοινιανάκης Δημήτριος (4853)

2 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Για το πρόβλημα αυτό υποθέτουμε τα παρακάτω δεδομένα για τον αντιστροφέα του σχήματος: DD =2.5, W /= 1.25/0.25, W n /= 0.375/0.25, = eff =0.25 μ, IN OUT = inv-gae, k n = 115 μa/ 2, k =-30μA/ 2, n0 = 0 = 0.4, λ = 0-1, γ = 0.4, 2 φ f = 0.6, ox = 58 A και SB = 0 για όλα τα ερωτήματα εκτός από το (6). SB Επίσης υποθέτουμε το παρακάτω μοντέλο για τα ransisor από το SPIE: NMOS: GD0= , GS0= , J= , JSW= PMOS: GD0= , GS0= , J= , JSW= Ερώτημα 1. Ποιά είναι η τάση swiching hreshold για τον αντιστροφέα; Με χρήση του τύπου 5.5 του βιβλίου έχουμε ότι: DSATn DSAT + Tn + DD T = 1+ r (1) με r = k DSAT k n DSATn και ' k = k W, ' W k = n k n n (2) Πρέπει να υπολογίσουμε τις τιμές των τάσεων Tn και T.Επειδή ισχύει ότι SB =0 έχουμε ότι : = 0.4 Tn = Tn0 (3) = = 0.4 T T0 Από τις 1, 2, 3 λύνουμε την (1) ως προς και παίρνουμε τη λύση για τη. Είναι τελικά : 1.23 =

3 Ερώτημα 2. Ποια είναι η effecive load caaciance του αντιστροφέα; (Υποθέστε ότι λ = μ και ότι η προέκταση source/drain είναι 5λ για το PMOS. Για το NMOS υποθέστε ότι η περιοχή ένωσης source/drain είναι 5λ x 5λ). aacior Exression alue(ff) (H o ) alue(ff) ( o H) gd1 2GDOnW n gd2 2GDOW db1 K AD J + K PD JSW eqn n eqswn n db2 K AD J + K PD JSW eq eqsw g3 ( GDOn + GSOn) Wn + oxwnn g4 ( GDO + GSO ) W + W Τη χωρητικότητα w την υπολογίσαμε με χρήση του layou που υπάρχει στο βιβλίο στο σχήμα 5-15 και χρησιμοποιώντας τις τιμές για το λ που δίνεται στο πρόβλημα. Ερώτημα 3. Να υπολογιστούν οι χρόνοι PH, PH υποθέτοντας ότι eff = 6.5 ff. Οι τύποι που υπολογίζουν τους ζητούμενους χρόνους έχουν ως εξής: PH PH eq( ) eq( n) Από τον πίνακα 3-3 παίρνουμε τις τιμές για τις ισοδύναμες αντιστάσεις για τεχνολογία 0.25 μ και τάση τροφοδοσίας 2.5. Τελικά παίρνουμε ότι: PH PH ox w Fro exracion Σ 7.71 eq( ) eq( n) 0.25 = = 27.8 s = = s 0.375

4 Ερώτημα 4. Υπολογίστε το λόγο (W / W ν ) ώστε να ισχύει PH = PH Εξισώνοντας τις εξισώσεις του ερωτήματος 3 για τους χρόνους PH και PH παίρνουμε: Ερώτημα 5. = 0.69 ( ) 0.69 PH PH eq = eq( n) W 31 eq( ) = eq( n) 31 = 13 = W Wn Wn 13 Έστω ότι αυξάνουμε τα πλάτη των ransisors για να μειώσουμε τους χρόνους PH και PH. Καταφέρνουμε μία καλή μείωση στους χρόνους; Αιτιολογήστε Τρεις παράγοντες συνεισφέρουν στο μέγεθος της χωρητικότητας φορτίου: η εσωτερική χωρητικότητα διάχυσης της πύλης, η χωρητικότητα διασυνδέσεων και η ικανότητα οδήγησης. Με προσεκτική σχεδίαση πετυχαίνουμε τη μείωση των δύο πρώτων χωρητικοτήτων. Αυξάνοντας το πλάτος των ransisors μπορούμε να πετύχουμε μείωση των καθυστερήσεων αλλά χρειάζεται προσοχή καθώς αυξάνουμε το μέγεθος. Ο λόγος είναι ότι αυξάνοντας τα πλάτη αυξάνεται και η χωρητικότητα διάχυσης και κατ επέκταση η. Για την ακρίβεια μόλις η χωρητικότητα διάχυσης αρχίζει να υπερισχύει της χωρητικότητας διασυνδέσεων και την ικανότητα οδήγησης η αύξηση του μεγέθους παύει να μειώνει τις καθυστερήσεις και απλά αυξάνει την area. Αυτό το φαινόμενο λέγεται self-loading. Ερώτημα 6. Υποθέστε ότι SB = 1. Ποιες είναι οι τιμές των n,,. Πώς επηρεάζει αυτό τη eff ; Με χρήση του παρακάτω τύπου υπολογίζουμε τη νέα τιμή της Tn : = 2 2 T + γ T0 φ + f SB φ f Σημειώνουμε ότι η T δεν αλλάζει καθώς η SB εφαρμόζεται μόνο στο NMOS ransisor. Έχουμε λοιπόν ότι: = 0.66 Tn = 0.4 Και με χρήση της σχέσης (1) βρίσκουμε τελικά ότι: T 1.54 =

5 Αλλάζοντας τη τιμή της SB επηρεάζονται οι τιμές low, high. Για τη μετάβαση από high o low έχουμε για το NMOS: low = high = -1.5 Για τη μετάβαση από low o high έχουμε : low = 1 high = Αντίστοιχα για μετάβαση high o low για το PMOS είναι: low = 1 high = και για τη μετάβαση από low o high είναι low = high = -1.5 Αντικαθιστώντας τις τιμές αυτές στον τύπο 5.14 του βιβλίου για το K eq παίρνουμε: K eq φ 1 1 ( ) ( ) 0 ( ) φ0 Η φ0 = Boo lae: K eq = 0.51 Sidewall: K eqsw = 0.53 H NMOS Μετάβαση High o ow: Μετάβαση ow o High: Boo lae: K eq = 2.1 Sidewall: K eqsw = 1.85 PMOS Μετάβαση High o ow: Boo lae: K eq = Sidewall: K eqsw = 1.48 Boo lae: Keq = Sidewall: K eqsw = Μετάβαση ow o High:

6 Οι νέες χωρητικότητες φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: aacior Exression alue(ff) (H o ) alue(ff) ( o H) gd1 2GDOnW n gd2 2GDOW db1 Keqn ADnJ + KeqswnPDnJSW db2 Keq ADJ + KeqswPDJSW g3 ( GDOn + GSOn) Wn + oxwnn g4 ( GDO + GSO ) W + W ox w Fro exracion Σ Παρατηρούμε μια αξιοσημείωτη αύξηση στη loading caaciance λόγω της αύξησης της SB.

Σχετικά έγγραφα

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI Διδάσκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθοί: θα ανακοινωθούν http://inf-server.inf.uth.gr/courses/e330 1 Περιεχόμενα Διαισθητική λειτουργία Χαρακτηριστικά Αντιστροφέα