ΚΥΚΛΩΜΑΤ ΚΥΚΛΩΜΑ Α Τ VLSI

Transcript

1 ΚΥΚΛΩΜΑΑ LSI Πνεπιστήμιο Ιωννίνων Ασκήσεις ΙΙ μήμ Μηχνικών Η/Υ κι Πληροφορικής Γ. σιτούχς

2 Άσκηση 5 5) Γι τους δύο πιθνούς σχεδισμούς της συνάρτησης XOR που κολουθούν, προσδιορίστε ποιος δίνει τη μικρότερη κθυστέρηση διάδοσης σήμτος γι τιμές του συντελεστή κ της χωρητικότητς στην έξοδο πό έως 0 (με βήμ ). Στην τεχνολογί κτσκευής των κυκλωμάτων η ευκινησί των ηλεκτρονίων είνι τριπλάσι εκείνης των οπών (μ n =3μ p ). Η πρσιτική κθυστέρηση p της πύλης ΝΟ είνι, της πύλης NND είνι κι της σύνθετης πύλης είνι 4. Υπολογίστε ρχικά το λογικό φόρτο κάθε πύλης στους σχεδισμούς. Γι κ=5 κι γι την τχύτερη υλοποίηση της συνάρτησης υπολογίστε τ μεγέθη των τρνζίστορ ώστε ν επιτευχθεί η ελάχιστη κθυστέρηση διάδοσης σήμτος. 0nm gate cap y z y z κ 0nm gate cap 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI

3 DD Άσκηση 5 b b 0nm gate cap b κ 0nmgate cap b Σύνθετη πύλη 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 3

4 Λογικός φόρτος πυλών: 3+=4 Απάντηση 5 (Ι) b DD ΝΟ NND g= g g=5/4 g5/4 3+=5 b b b 6 6 Σύνθετη πύλη g=8/4= g8/4 6+=8 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 4

5 0nm gate cap Απάντηση 5 (II II) m y z y z η υλοποίηση κ 0nm gate cap Ο λογικός φόρτος της ης διδρομής Α είνι: G = g g g 3 =5/4 5/4 5/4 = 5/64 Ο φόρτος δικλάδωσης διδρομής είνι Β = (κθώς ς ο κόμβος m έχει φόρτο δικλάδωσης b m =y/y=). Ο ηλεκτρικός φόρτος της διδρομής είνι: Η = κ Ο φόρτος διδρομής θ είνι: = G H = 5/64 κ = 3.9κ / Επιπλέον, η πρσιτική κθυστέρηση διδρομής είνι: P = 3= 6 Ο ριθμός των λογικών επιπέδων είνι: Ν = 3 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 5

6 0nm gate cap Απάντηση 5 (III III) m y z y z η υλοποίηση κ 0nm gate cap Η ελάχιστη δυντή κθυστέρηση στην η υλοποίηση θ είνι: D = N /N +P = 3 (3.9 κ) /3 + 6 (μονάδες ςκθυστέρησης) ης) 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 6

7 DD b b Απάντηση 5 (I I) η υλοποίηση Ο λογικός φόρτος της ης διδρομής Α είνι: G = g g = = Ο φόρτος δικλάδωσης διδρομής είνι 0nm gate cap Β =. b b κ 0nm gate cap Ο ηλεκτρικός φόρτος της διδρομής είνι: Η = κ Ο φόρτος διδρομής θ είνι: = G H = κ = κ Επιπλέον, η πρσιτική κθυστέρηση διδρομής είνι: P = + 4= 5 Ο ριθμός των λογικών επιπέδων είνι: Ν = 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 7

8 DD Απάντηση 5 () η υλοποίηση b b 0nm gate cap b κ 0nm gate cap b D Η ελάχιστη δυντή κθυστέρηση στην η υλοποίηση θ είνι: N /N / P ( κ) 5 (μονάδες κθυστέρησης) 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 8

9 Απάντηση 5 (Ι) κ D D 0.7,95,8 3,50 4,07 4,58 5,03 5,44 5,8 6, , ,66,3,93,48 3,00 3,48 3,94 D N /N /3 P 3(3.9 κ) 6 /N / D N P ( κ) 5 Συνεπώς η η υλοποίηση πό τις δύο έχει την μικρότερη κθυστέρηση διάδοσης σήμτος. 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 9

10 Απάντηση 5 (ΙΙ ΙΙ) Η ελάχιστη κθυστέρηση στην η υλοποίηση επιτυγχάνετι επιλέγοντς τ κτάλληλ μεγέθη γι τ τρνζίστορ στις πύλες. Αρχικά υπολογίζουμε το βέλτιστο φόρτο επιπέδου: Γι κ=5 : /N / f Γι κ=5 η χωρητικότητ στην έξοδο είνι 600nm. C in i g i C out f i Αρχίζοντς πό το τελευτίο λογικό επίπεδο η χωρητικότητ εισόδου q της σύνθετης πύλης είνι με βάση το μετσχημτισμό χωρητικοτήτων: q = [600nm ] / nm Στη σύνθετη πύλη τ pmos τρνζίστορ ρέχουν τριπλάσιο W σε σχέση με τ nmos: W pmos =/4 380nm = 85nm W nmos =/4 380nm = 95nm end 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 0

11 Άσκηση 6 6) Έστω η τροποποιημένη σχεδίση ενός νστροφέ όπως φίνετι στο σχήμ. Δείξτε ότι το ρεύμ υποκτωφλίου μειώνετι σε σχέση με τον κλσσικό νστροφέ, στην περίπτωση όπου δεν άγει το nmos δικτύωμ (η είσοδοςστολογικό 0 ), κι υπολογίστε το ποσοστό της μείωσης. Η τάση τροφοδοσίς είνι DD =. δύο nmos τρνζίστορ ρ έχουν ίσ πλάτη μετξύ τους κι διπλάσι (W) σε σχέση με το πλάτος W του nmos τρνζίστορτουκλσσικούνστροφέ. Χρησιμοποιήστε την κόλουθη πλοποιημένη έκφρση γι το ρεύμ υποκτωφλίου ενός τρνζίστορ. DD I D I 0 W e L GS t0 m nυ DS k γ S Μ Μ όπου GS, DS κι S οι τάσεις πύλης πηγής, υποδοχήςπηγής κι πηγής υποστρώμτος ς του τρνζίστορ, ρ, t0 =00m η ονομστική τιμή της τάσης κτωφλίου γι S =0, m=0. ο συντελεστής DIL, k γ =0.08 ο γρμμικοποιημένος* συντελεστής επίδρσης σώμτος κι nυ =50m. * t = t0 + k γ S. 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI

12 Απάντηση 6 (Ι) Στον κλσσικό νστροφέ ισχύει γι το nmos: GS =0, DS = DD κι S =0. Συνεπώς: I Dclassic I 0 W e L t0 m nυ DD DD DD I D 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI

13 Απάντηση 6 (ΙI) Γι το τρνζίστορ Μ ισχύει: GS =, DS = DD κι S =. Συνεπώς: I D I 0 W e L Γι το τρνζίστορ Μ ισχύει: GS =0, DS = κι S =0. Συνεπώς: t0 m nυ DD k γ DD I D I 0 W e L t0 m nυ Μ I D DD ρεύμτ των δύο τρνζίστορ υποχρεωτικά είνι ίσ μετξύ τους (I D =I D ). Συνεπώς: Μ e t0 m nυ DD k γ e t0 m nυ t0 m k m DD γ t0 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 3

14 Απάντηση 6 (ΙIΙ) Ι) Λύνοντς ως προς θ πάρουμε: t0 m (m k m DD γ DD k 80m ) γ t0 m m DS (m k γ ) DD Κοιτώντς το λόγο των ρευμάτων υποκτωφλίου στο nmos δικτύωμ του κλσσικού κι του νέου νστροφέ διπιστώνουμε: t0 mdd DD nυ I e Μ Dclassic I D 3. 5 I t0 m D nυ Μ e Συνεπώς στη νέ τοπολογί το ρεύμ υποκτωφλίου μειώθηκε σε λιγότερο πό το /3 σεσχέσημεντίστοιχο ρεύμ του κλσσικού νστροφέ! end 7//7 Ασκήσεις - Ενότητ ΙI 4