HY121 Ηλεκτρικά Κυκλώματα

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "HY121 Ηλεκτρικά Κυκλώματα"

Θεόκλεια Κωνσταντόπουλος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 HY121 Ηλεκτρικά Κυκλώματα Διδάςκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθοί: Ε. Βαςιλάκησ, Δ. Πούλιοσ 1 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 2 1

2 Μέτρα Ποιότητασ Κυκλώματοσ Πϊσ αξιολογοφμε τθν απόδοςθ ενόσ ψθφιακοφ κυκλϊματοσ θ τμιματοσ κυκλϊματοσ; Κόςτοσ Αξιοπιςτία Επεκταςιμότθτα Ταχφτθτα (κακυςτζρθςθ, ςυχνότθτα λειτουργίασ) Κατανάλωςθ Ιςχφοσ Απαιτοφμενθ Ενζργεια ανά λειτουργία Θλεκτρομαγνθτικζσ Εκπομπζσ 3 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 4 2

Κόςτοσ Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Εφάπαξ μθχανολογικά, (NRE, non-recurrent engineering) Σχεδιαςτικόσ χρόνοσ/προςπάκεια, Παραγωγι μάςκασ ($3.000.000 ςτα 40nm!!!) Αυξάνουν κατά ~50% ανά γενιά!

3 Κόςτοσ Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Εφάπαξ μθχανολογικά, (NRE, non-recurrent engineering) Σχεδιαςτικόσ χρόνοσ/προςπάκεια, Παραγωγι μάςκασ ($ ςτα 40nm!!!) Αυξάνουν κατά ~50% ανά γενιά! Επαναλαμβανόμενα Κόςτθ Επεξεργαςία Πυριτίου, Πακετάριςμα, Καταςκευαςτικι δοκιμι χρόνοσ ςτον Tester Συνάρτθςθ των πελατϊν, παραγωγισ Συνάρτθςθ του εμβαδοφ του κυκλϊματοσ 5 Τα Εφάπαξ Κόςτη αυξάνονται γεωμετρικά 6 3

Κόςτοσ Ζαριού Ζνα Ηάρι Ζάρι (Die) Wafer Πρός τα 12 (30cm) 7 From http://www.amd.com Κόςτοσ ανά Τρανζίςτορ κόστορ: -ανά-τπανδίστοπ 1 0.1 0.01 0.

4 Κόςτοσ Ζαριού Ζνα Ηάρι Ζάρι (Die) Wafer Πρός τα 12 (30cm) 7 From Κόςτοσ ανά Τρανζίςτορ κόστορ: -ανά-τπανδίστοπ Κατασκεσαστικό κόστος ανά Τρανζίστορ (Moore)

5 Ωφέλιμο (Yield) τησ Καταςκευήσ Y No. of good chips per wafer 100% Total number of chips per wafer Wafer cost Die cost Dies per wafer Die yield Dies per wafer wafer diameter/2 die area 2 wafer diameter 2 die area 9 Ελαττώματα (Defects) Καταςκευήσ die yield 1 defects per unit area die area is approximately 3 die cost 4 f (die area) 10 5

6 Παραδείγματα (1994) Chip Metal layers Line width Wafer cost Def./ cm 2 Area mm 2 Dies/ wafer Yield Die cost 386DX $ % $4 486 DX2 Power PC 601 HP PA 7100 DEC Alpha Super Sparc $ % $ $ % $ $ % $ $ % $ $ % $272 Pentium $ % $ Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 12 6

7 Ψηφιακή Λογική Στθν ψθφιακι λογικι αντιςτοιχοφμε τισ διακριτζσ τιμζσ 0 και 1 ςε αναλογικά διαςτιματα. Τα μεγάλα πλεονζκτθματα τθσ ψθφιακισ λογικισ είναι (1) θ ακρίβεια που είναι ςυνάρτθςθ των ψθφίων, (2) τα μεγάλα περικϊρια κορφβου και (3) θ απλοφςτερθ ςχεδίαςθ. 13 Ψηφιακή Λογική V out V OH Slope = -1 1 V OH V IH Αόριζηη Περιοχή Slope = -1 V IL V OL 0 V OL V IL V IH V in 14 7

Ψηφιακή Λογική 15 Ηλεκτρικά Χαρακτηριςτικά - Θεώρημα Thevenin/Norton Σε θλεκτρικό επίπεδο όλα τα κυκλϊματα ςυμπεριφζρονται με αναλογικό τρόπο

8 Ψηφιακή Λογική 15 Ηλεκτρικά Χαρακτηριςτικά - Θεώρημα Thevenin/Norton Σε θλεκτρικό επίπεδο όλα τα κυκλϊματα ςυμπεριφζρονται με αναλογικό τρόπο Θεϊρθμα Thevenin = Οποιοδιποτε γραμμικό δίκτυο με 2 άκρα, είναι ςυνδυαςμόσ πθγϊν και αντιςτάςεων, μπορεί να αντικαταςτακεί με 1 πθγι και 1 αντίςταςθ 16 8

Υπολογίηουμε τθν αντίςταςθ που βλζπει το φορτίο (R TH ) 17 Παραςιτική Χωρητικότητα και Αντίςταςη Ο λόγοσ που

9 Ηλεκτρικά Χαρακτηριςτικά - Θεώρημα Thevenin/Norton = Βιματα 1. Αφαιροφμε το φορτίο 2. Υπολογίηουμε το δυναμικό χωρίσ φορτίο (V TH ) 3. Θεωροφμε οιεςδιποτε πθγζσ κλειςτό κφκλωμα 4. Υπολογίηουμε τθν αντίςταςθ που βλζπει το φορτίο (R TH ) 17 Παραςιτική Χωρητικότητα και Αντίςταςη Ο λόγοσ που ςυηθτιςαμε το κεϊρθμα Thevenin είναι για να γίνει αντιλθπτό ότι οτιδιποτε υλικό ζχει μια ιςοδφναμθ Παραςιτικι αντίςταςθ Παραςιτικι χωρθτικότθτα 18 9

10 Αξιοπιςτία Θόρυβοσ ςτην Λειτουργία i(t) v(t) V DD Inductive coupling Επαγωγική Σύδεςξε Capacitive coupling Σύδεςξε Χωπετικοτήτων Power and ground noise Θόπςβορ πεγήρ 19 Καμπύλη Μεταβίβαςησ Πύλησ V(y) V OH f V(y)=V(x) VOH = f(vol) VOL = f(voh) VM = f(vm) V Κατώυλι Εναλλαγήρ M V OL V IL V IH V(x) Ονομαζηικά Επίπεδα Δυναμικού 20 10

11 Οριςμόσ Περιθωρίων Θορύβου "1" V OH V OL NM H NM L Noise margin high V IH Undefined Region V IL Noise margin low "0" Gate Output Gate Input 21 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 22 11

12 Επανακτητική Ιδιότητα v 0 v 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v 6 Αλυζίδα Ανηιζηροθέων Προζομοίωζη Δυναμικών 23 Επανακτητική Ιδιότητα Επανακηηηική Μη-Επανακηηηική 24 12

13 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 25 Fan-in και Fan-out N M Fan-out N Fan-in M 26 13

14 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 27 Η Ιδεατή Πύλη V out g = R i = R o = 0 Fanout = NM H = NM L = V DD /2 V in 28 14

15 Μια πραγματική καμπύλη μετάβαςησ NM L 3.0 (V) V out V M NM H V in (V) Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 30 15

16 Συμβάςεισ Καθυςτερήςεων 31 Κυκλικόσ Ταλαντωτήσ T = 2 t p N 32 16

17 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 33 Δίκτυο RC 1 ου Βαθμού R v out v in C t p ln(2)

18 Περιεχόμενα Μζτρα ποιότθτασ Κυκλϊματοσ Κόςτοσ Παραγωγισ Ψθφιακι Λογικι - Καμπφλθ Μετάβαςθσ Περικϊρια Θορφβου Ιδιότθτα Επανάκτθςθσ Δυναμικοφ Fan-in και Fan-out Παράδειγμα Καμπφλθσ Μετάβαςθσ Πφλθσ Συμβάςεισ μζτρθςθσ κακυςτεριςεων Κακυςτζρθςθ Δικτφου RC 1 ου Βακμοφ Κατανάλωςθ Ενζργειασ 35 Κατανάλωςη Ιςχύοσ Στιγμιαία Ισχύς: p(t) = v(t)i(t) = V supply i(t) Μέγιστη Ισχύς: P peak = V supply i peak Μέση Ισχύς: 1 t T P ave p( t) dt T t V supply T t t T i supply t dt 36 18

Ενέργεια καί Ενέργεια-Καθυςτέρηςη Power-Delay Product (PDP) = E = Ενέργεια ανά λειτουργία = P av t p Energy-Delay Product (EDP) = μέτρο ποιότητας πύλης = E t p 37 Δίκτυο RC 1 ου Βαθμού - Κατανάλωςη A

19 Ενέργεια καί Ενέργεια-Καθυςτέρηςη Power-Delay Product (PDP) = E = Ενέργεια ανά λειτουργία = P av t p Energy-Delay Product (EDP) = μέτρο ποιότητας πύλης = E t p 37 Δίκτυο RC 1 ου Βαθμού - Κατανάλωςη A 1 V dd E 0->1 = C L V 2 dd R PMOS i v supply out NETWORK va in N NMOS NETWORK CV Lout C L T T Vdd E 0 1 = Ptdt = V dd i supply t dt = V dd C L dv out = C L V 2 dd T T Vdd E cap = P cap t dt = V out i cap t dt = C L V out dv out = C V 2 L dd 38 19

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/ce330 1 ΗΥ330 - Διάλεξη 1η - Θεμέλια Ηλεκτρικών Περιεχόμενα Νόμος