Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 2. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος

Transcript

1 4 η Θεµατική Ενότητα : Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης Επιµέλεια διαφανειών:. Μπακάλης Εισαγωγή Μια δοµή MOS προκύπτει από την υπέρθεση ενός αριθµού στρώσεων από µονωτικά και αγώγιµα υλικά καθώς και από υλικά σχηµατισµού των τρανζίστορ. Οι περιοχές της πύλης, της πηγής και της υποδοχής αποτελούνται από στρώσεις διάχυσης, πολυπυρίτιου και µετάλλου οι οποίες διαχωρίζονται από στρώσεις µονωτικού υλικού. Κάθε στρώση έχει αντίσταση και χωρητικότητα. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 2

2 Εκτίµηση Αντίστασης Η αντίσταση µιας οµοιόµορφης φέτας ενός αγώγιµου υλικού µπορεί να εκφραστεί ως: ρ l R = w R = R ρ = ειδική αντίσταση R S = αντίσταση φύλλου = πάχος l =µήκος αγωγού w = πλάτος αγωγού Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 3 S l w Εκτίµηση Αντίστασης Τα πάνω επίπεδα µετάλλου έχουν µειωµένη αντίσταση επειδή συνήθως είναι παχύτερα. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 4

3 Εκτίµηση Αντίστασης Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 5 Εκτίµηση Αντίστασης Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 6

4 Εκτίµηση Αντίστασης Χρησιµοποιώντας τις εξισώσεις τάσης-ρεύµατος του MOS στοιχείου στη γραµµική περιοχή, µπορούµε να εκτιµήσουµε την αντίσταση του καναλιού: R = k l w k = µ C ox 1 ( V gs V ) Η αντίσταση καναλιού εξαρτάται από την κινητικότητα των φορέων πλειονότητας. Η αντίσταση καναλιού αυξάνει µε την αύξηση της θερµοκρασίας (αύξηση 0.25%/ ο C). Η αντίσταση αγωγού αυξάνει µε την αύξηση της θερµοκρασίας (πολυπυρίτιο, µέταλλο: 0.3%/ ο C, διαχύσεις: 1%/ ο C) Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 7 Εκτίµηση Αντίστασης Ο υπολογισµός της αντίστασης µη ορθογωνίων σχηµάτων γίνεται µε τµηµατοποίηση του µη ορθογωνίου σχήµατος σε απλές µορφές των οποίων η αντίσταση µπορεί να υπολογιστεί. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 8

5 Εκτίµηση Αντίστασης Η αντίσταση των συνηθισµένων επαφών (conacs) καθώς και των περασµάτων (vias) είναι ανάλογη της επιφάνειας της επαφής και εξαρτάται από τα υλικά που έρχονται σε επαφή. Όσο µειώνεται το µέγεθος των επαφών (συρρίκνωση της διαδικασίας), τόσο αυξάνεται η αντίστασή τους. Τυπικές τιµές αντιστάσεων µεταξύ 0.25Ω και µερικών δεκάδων Ω. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 9 Εκτίµηση Χωρητικότητας Η χωρητικότητα στην έξοδο µιας πύλης CMOS προκύπτει από το άθροισµα της: χωρητικότητας πύλης (των άλλων εισόδων που συνδέονται στην έξοδο της πύλης), χωρητικότητας διάχυσης (των περιοχών υποδοχής που συνδέονται στην έξοδο), και χωρητικότητας διασυνδέσεων (των συνδέσεων µεταξύ της εξόδου και των άλλων εισόδων). Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 10

6 Χωρητικότητα Πυκνωτή MOS Θεωρούµε πυκνωτή MOS (δηλαδή τρανζίστορ MOS χωρίς πηγή και υποδοχή). Οι χαρακτηριστικές χωρητικότητας τάσης του πυκνωτή MOS εξαρτώνται από την κατάσταση της επιφάνειας του ηµιαγωγού (συσσώρευση, αραίωση, αντιστροφή). Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 11 Χωρητικότητα Πυκνωτή MOS ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ ιηλεκτρική σταθερά οξειδίου C o Πάχος µονωτή πύλης ιηλεκτρικότητα κενού ε SiO o A = ε 2 ox Επιφάνεια Η δοµή συµπεριφέρεται ως πυκνωτής µε παράλληλες πλάκες που δηµιουργούνται από τον αγωγό της πύλης και από την υψηλή συγκέντρωση οπών στο υπόστρωµα. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 12

7 Χωρητικότητα Πυκνωτή MOS ΑΡΑΙΩΣΗ ιηλεκτρική σταθερά πυριτίου C dep ιηλεκτρικότητα κενού ε Siε o = A d Βάθος στρώσης αραίωσης C gb CoC = C + C o dep dep Επιφάνεια Η χωρητικότητα της πύλης προς το υπόστρωµα προκύπτει από την εν-σειρά σύνδεση της χωρητικότητας του οξειδίου πύλης, C o, µε την χωρητικότητα αραίωσης, C dep. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 13 ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ Χωρητικότητα Πυκνωτή MOS C gb Co = CoC Co + C dep dep χαµηλή συχνότητα υψηλή συχνότητα Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 14

8 Χωρητικότητα Πυκνωτή MOS Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 15 Χωρητικότητα Στοιχείου MOS C gs, C gd = χωρητικότητες πύλης προς κανάλι που είναι συγκεντρωµένες στις περιοχές πηγής και υποδοχής. C sb, C db = χωρητικότητες διάχυσης πηγής και υποδοχής προς το υπόστρωµα. C gb = χωρητικότητα πύλης προς υπόστρωµα. Η συνολική χωρητικότητα πύλης είναι C g = C gb + C gs + C gd Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 16

9 Χωρητικότητα Στοιχείου MOS C g =C gb +C gs +C gb Επιφάνεια Πύλης Περιοχή Αποκοπής: C gs =C gd =0 Μη-κορεσµένη Kορεσµένη C gb =0 C gd =0 C C C ε = A ox 1 ε = Cgs = A 2 ox 2 ε = A 3 Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 17 gb gd gs ox Χωρητικότητα Στοιχείου MOS Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 18

10 Χωρητικότητα Στοιχείου MOS n-mos W = 49.2µ L = 4.5µ n-mos L = 0.75µ Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 19 Χωρητικότητα Στοιχείου MOS Για τον υπολογισµό της καθυστέρησης των ψηφιακών κυκλωµάτων, θεωρούµε κατά προσέγγιση: o SiO2 Cg = Co = C A C ox ox = ox όπου C ox είναι η χωρητικότητα του λεπτού οξειδίου ανά µονάδα επιφάνειας και Α η επιφάνεια Παράδειγµα λ = 0.5µm, ox = 150 o Α Α = 2λ 4λ = 2µm 2 C g.005pf ε ε Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 20

11 Χωρητικότητα ιάχυσης (Πηγής/Υποδοχής) Η χωρητικότητα διάχυσης προσδιορίζει τις συνιστώσες C sb και C db της χωρητικότητας του στοιχείου MOS. Cd = C ja ( ab) + C jp (2a + 2b) C ja = χωρητικότητα επαφής ανά µ 2 C jp = χωρητικότητα περιφέρειας ανά µ α = πλάτος περιοχής διάχυσης (µ) β = µήκος περιοχής διάχυσης (µ) Η χωρητικότητα διάχυσης C d είναι ανάλογη της ολικής επιφάνειας της επαφής διάχυσης υποστρώµατος. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 21 Χωρητικότητα ιάχυσης (Πηγής/Υποδοχής) Όσο µειώνεται η επιφάνεια διάχυσης (λόγω κλιµάκωσης) τόσο πιο σηµαντική γίνεται η σχετική συνεισφορά της χωρητικότητας περιφέρειας. Η χωρητικότητα διάχυσης προσδιορίζει τις συνιστώσες C sb και C db της χωρητικότητας του στοιχείου MOS. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 22

12 Χωρητικότητα ιασύνδεσης Οι χωρητικότητες διασυνδέσεων µεταξύ µετάλλου και πολυπυριτίου καθώς και του υποστρώµατος µπορούν να προσεγγιστούν από το µοντέλο παράλληλων πλακών (C = (ε/)a), όπου Α η επιφάνεια των παράλληλων πλακών, το πάχος του µονωτή, ε ή διηλεκτρική σταθερά του µονωτικού υλικού. Η προσέγγιση αυτή όµως αγνοεί τα παρασιτικά πεδία που λαµβάνουν χώρα στις άκρες του αγωγού λόγω του πεπερασµένου πάχους. Ένας αγωγός µπορεί να παρουσιάσει χωρητικότητα µε ένα διπλανό αγωγό της ίδιας στρώσης. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 23 Χωρητικότητα ιασύνδεσης Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 24

13 Χωρητικότητα ιασύνδεσης Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 25 Κατανεµηµένες Επιδράσεις RC RCn(n + 1) n = = 2 για n rcl n : αριθµός των τµηµάτων R, C : αντίσταση/χωρητικότητα τµήµατος r, c : αντίσταση/χωρητικότητα ανά µονάδα µήκους l : µήκος του καλωδίου 2 Ο όρος l 2 δείχνει ότι η καθυστέρηση σήµατος για πολύ µεγάλα µήκη γραµµών θα εξαρτάται εξολοκλήρου από την επίδραση του φαινοµένου RC Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 26

14 Τεµαχισµός Μακριάς Γραµµής Πολυπυριτίου Με αποµονωτική βαθµίδα p = 5.6 ns + τ buf Χωρίς αποµονωτική βαθµίδα p = 11.2 ns ιατηρώντας µικρό το τ buf µπορεί να υπάρξει σηµαντικό κέρδος µέσω της τµηµατοποίησης του διαδρόµου. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 27 Γραµµή Ρολογιού µε Μεγάλο Φορτίο Γραµµή 20 mm µετάλλου πλάτους 1 µ p = 17.5 ns Εάν αυξήσουµε τοπλάτοςτηςγραµµής ρολογιού και η γραµµή ρολογιού κατανεµηθεί από το κέντρο του πάνω µέρους του ολοκληρωµένου τότε για γραµµή 10 mm µετάλλου πλάτους 20µ p = 0.44 ns Η κατανοµή ρολογιού είναι ένα σηµαντικό πρόβληµα σε ολοκληρωµένα κυκλώµατα υψηλής ταχύτητας και µεγάλης πυκνότητας. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 28

15 Οδηγίες Σχεδίασης για το Μήκος Καλωδίου Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 29 Επαγωγή Οι επαγωγές πάνω στο ολοκληρωµένο κανονικά είναι µικρές (~ nh/mm) Η επαγωγή του αγωγού σύνδεσης µεταξύ ενός ακροδέκτη (pad) και µιας ακίδας (pin) µπορεί να προκαλέσει καταστροφικά αποτελέσµατα (3 έως 15 nh) Μεγάλες επαγωγές µπορούν να οδηγήσουν σε µεγάλες µεταβολές της τάσης τροφοδοσίας (dv = L di/d) Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 30

16 Χαρακτηριστικά Μεταγωγής Η ταχύτητα µεταγωγής µίας πύλης CMOS περιορίζεται από τον χρόνο φόρτισης/εκφόρτισης της χωρητικότητας φορτίου C L. Ανόδου: ο χρόνος για να ανέλθει µια κυµατοµορφή από το 10% στο 90% της µόνιµης τιµής της. Χρόνος Καθόδου: ο χρόνος για να κατέλθει µια κυµατοµορφή από το 10% στο 90% της µόνιµης τιµής της. Καθυστέρησης (ανόδου / καθόδου εισόδου): ο χρόνος από το 50% της µεταβολής (ανόδου / καθόδου) της εισόδου έως το 50% της µεταβολής της εξόδου. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 31 Χαρακτηριστικά Μεταγωγής Χρόνοι καθυστέρησης Χρόνος καθόδου Χρόνος ανόδου Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 32

17 Αναλυτικά Μοντέλα Καθυστέρησης Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 33 Χρόνος Καθόδου f = f1 + f2 f1 = χρόνος ώστε V ou () πέφτει 0.9V DD V DD V n f2 = χρόνος ώστε V ou () πέφτει V DD V n 0.1V DD Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 34

18 Χρόνος Καθόδου f CL = k β V k = 3 έως 4 για V DD = 3 έως 5 V και V n = 0.5 έως και 1 V. n DD Μείωση της καθυστέρησης επιτυγχάνεται µε: µείωση χωρητικού φορτίου (C L ) αύξηση τάσης τροφοδοσίας (V DD ) αύξηση πλάτους (µείωση µήκους) τρανζίστορ (β n ) Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 35 Χρόνος Ανόδου r CL = k β V p k = 3 4 DD Για n-mos και p-mos ισοµεγέθη β n = 2β p f = r /2 Για r = f β n /β p = 1 W p 2 3 W n Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 36

19 Χρόνος Καθυστέρησης Η καθυστέρηση µιας πύλης καθορίζεται από το χρόνο ανόδου και καθόδου της εξόδου: r C dr L 2 ή dr = Ap df f 2 Η µέση καθυστέρηση πύλης είναι: ή df β p CL = An β av n = df + 2 dr Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 37 Καθυστερήσεις Πυλών Η καθυστέρηση απλών πυλών µπορεί να προσεγγιστεί από την κατασκευή ενός ισοδύναµου αντιστροφέα: Όταν άγει ο οδηγός κάτω θα πρέπει να άγουν όλα τα τρανζίστορ β neff = β n /3 Στον οδηγό πάνω αρκεί να άγει ένα µόνο p-τρανζίστορ για να ανέλθει η στάθµη εξόδου β peff = β p Για β peff = 0.3β neff r / f 1 Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 38

20 Καθυστερήσεις Πυλών β series = β n /3 series = 3kC L /β n V DD Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 39 Καθυστερήσεις Πυλών m εν σειρά n-mos χρόνος καθόδου = m f k εν σειρά p-mos χρόνος ανόδου = k r m παράλληλα n-mos και ταυτόχρονη αγωγή χρόνος καθόδου = f /m k παράλληλα p-mos και ταυτόχρονη αγωγή χρόνος ανόδου = r /k Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 40

21 Κλίση Κυµατοµορφής Εισόδου Η κυµατοµορφή εισόδου έχει θεωρηθεί βηµατική συνάρτηση και εποµένως η οποιαδήποτε κλίση της κυµατοµορφής εισόδου αυξάνει την καθυστέρηση της πύλης. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 41 Κλίση Κυµατοµορφής Εισόδου dr = dr sep + inpu fall 6 (1 2 p) V p = V p DD df = df sep + inpu rise 6 (1 2n) V n = V n DD Ισχύει όταν: inpu rise C β V L p DD 6 p < (1 p) 3 inpu fall C β V L n DD 6n < (1 n) 3 Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 42

22 Μοντέλα RC σε Επίπεδο ιακόπτη Οι καθυστερήσεις των λογικών πυλών µπορούν να εκτιµηθούν µε µοντέλα RC σε επίπεδο διακόπτη που θεωρούν το τρανζίστορ ως µία αντίσταση που φορτίζει ή εκφορτίζει µια χωρητικότητα. Απλό µοντέλο καθυστέρησης RC Μοντέλο Penfield-Rubensein Μοντέλο κλίσης Penfield-Rubensein Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 43 Απλό Μοντέλο Kαθυστέρησης RC ( ) df = Rpulldown C pulldow pah = RN + RN 2 + RN 3 + RN 4 ( Cou + Cab + Cbc + C R C dr = P4 ou 1 cd ίνει εκτίµηση για την καθυστέρηση που είναι µακριά από την πραγµατικότητα καθώς θεωρεί ότι απαιτείται πλήρης φόρτιση/εκφόρτιση των εσωτερικών χωρητικοτήτων. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 44 )

23 Μοντέλο Penfield-Rubensein = R C ) + [( R + R ) C ] + [( R + R + R ) C ] + [( R + R + R + R ) C df d = i R C i i ( N1 cd N1 N2 bc N1 N2 N3 ab N1 N2 N3 N4 ou ] Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 45 Φαινόµενο Σώµατος Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 46

24 Βέλτιστη Σχεδίαση Φαινόµενο Σώµατος Τα τρανζίστορ µε τα πιο αργά αφικνούµενα σήµατα τοποθετούνται κοντά στην έξοδο της πύλης Ελαχιστοποίηση της χωρητικότητας των εσωτερικών κόµβων. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 47 Συµπληρωµατικοί Αντιστροφείς σε ιαδοχή 6RC inv pair 1 eq C = C + C eq g d 6RC inv pair 2 eq Μερικές εν σειρά δοµές είναι δυνατό να χρησιµοποιούν στοιχεία µε ελάχιστο ή ίσο µέγεθος χωρίς να δηµιουργείται πρόβληµα στην απόκριση µεταγωγής. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 48

25 Λόγος βαθµίδας Η οδήγηση ενός µεγάλου χωρητικού φορτίου µπορεί να γίνει µε χρήση αλυσίδας αντιστροφέων όπου κάθε διαδοχικός αντιστροφέας είναι µεγαλύτερος από τον προηγούµενο. Ο λόγος αύξησης του µεγέθους κάθε βαθµίδας καλείται λόγος βαθµίδας (sage raio). Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 49 Λόγος βαθµίδας Συνολική καθυστέρηση = a nad = ln( R) d ln( a) α = λόγος βαθµίδας n = πλήθος βαθµίδων R = C L /C g d = µέση καθυστέρηση αντιστροφέα ελάχιστου µεγέθους Ο λόγος βαθµίδας που ελαχιστοποιεί τη συνολική καθυστέρηση είναι ίσος µε e (2.7). Ο βέλτιστος λόγος προσδιορίζεται από τη σχέση: a op = e ( k + aop ) aop k = C drain /C gae Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 50

26 Κατανάλωση ισχύος Ισχύς Στατική (ρεύµατα διαρροής ή συνεχούς ροής) υναµική (ρεύµατα µεταγωγής, φόρτισης /εκφόρτισης χωρητικών φορτίων). Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 51 Στατική Κατανάλωση ισχύος Σε στατική λειτουργία δεν υπάρχει αγώγιµο µονοπάτι από τροφοδοσία σε γείωση. Η στατική κατανάλωση ισχύος είναι το γινόµενο του ρεύµατος διαρροής του στοιχείου και της τάσης τροφοδοσίας. n Ps = ρεύµα διαρροής τάση τροφοδοσίας 1 n ο αριθµός των στοιχείων Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 52

27 Στατική Κατανάλωση ισχύος Το ρεύµα διαρροής για κάθε στοιχείο κυµαίνεται από 0.1 na έως 0.5 na. Η τυπική στατική κατανάλωση ενός αντιστροφέα στα 5 Vols είναι 1 έως 2 nw. Στις πύλες ψευδό-nmos υπάρχει στατική κατανάλωση ισχύος λόγω του απευθείας µονοπατιού µεταξύ τροφοδοσίας και γείωσης. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 53 υναµική Κατανάλωση ισχύος 1. Τα δύο τρανζίστορ του αντιστροφέα άγουν για πολύ µικρό χρονικό διάστηµα. (shor circui curren) 2. Απαιτείται ρεύµα για την φόρτιση και εκφόρτιση του χωρητικού φορτίου εξόδου (capaciance charging/discharging). Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 54

28 υναµική Κατανάλωση ισχύος Αυξανοµένου του χωρητικού φορτίου το ρεύµα φόρτισης/εκφόρτισης καθορίζει το ρεύµα που ρέει από τις τροφοδοσίες ισχύος. Οι αργές ακµές ανόδου/καθόδου αυξάνουν το ρεύµα βραχυκυκλώµατος. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 55 υναµική Κατανάλωση ισχύος P = C d L V 2 DD f p Κατανάλωση µόνο µεταγωγής P d είναι η µέση δυναµική ισχύς που καταναλώνεται κατά τη διάρκεια της µεταγωγής για είσοδο τετραγωνικού παλµού V in και συχνότητα f p = 1/ p. Εξαρτάται από το χωρητικό φορτίο και την συχνότητα και όχι από τις παραµέτρους του στοιχείου. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 56

29 Κατανάλωση Βραχυκυκλώµατος P sc β = 12 3 rf ( V 2V ) p DD Μεγάλοι χρόνοι ανόδου/καθόδου και µεγάλο πλάτος (W) οδηγούν σε µεγάλη κατανάλωση ισχύος. Θεωρούµε ότι οι χρόνοι ανόδου/καθόδου είναι ίδιοι ( r = f = rf ) Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 57 Συνολική Κατανάλωση Βραχυκυκλώµατος Η συνολική κατανάλωση ισχύος προκύπτει από την άθροιση των τριών συνιστωσών: P oal =P s +P d +P sc Μείωση κατανάλωσης ισχύος έχουµε µε χρήση µόνο συµπληρωµατικών CMOS πυλών Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 58

30 Μείωση Κατανάλωσης Ισχύος Η κατανάλωση της DC ισχύος µπορεί να µειωθεί µε χρήση µόνο συµπληρωµατικών πυλών (µε χρήση στοιχείων ελάχιστου µεγέθους). Η δυναµική κατανάλωση ισχύος περιορίζεται µε µείωση της τάσης τροφοδοσίας, της χωρητικότητας µεταγωγής και της συχνότητας λειτουργίας του ρολογιού. Μεγάλο κέρδος προκύπτει από τη λειτουργία µόνο ενός µικρού τµήµατος του κυκλώµατος σε µεγάλες ταχύτητες ή από τη χρήση µεταβλητού ρολογιού. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 59 Κλιµάκωση Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 60

31 Κλιµάκωση Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 61 Κλιµάκωση Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 62

32 Κλιµάκωση Κλιµάκωση σταθερού πεδίου: διαστάσεις, τάσεις, πυκνότητες συγκέντρωσης Κλιµάκωση σταθερής τάσης: η V DD διατηρείται σταθερή Εγκάρσια κλιµάκωση: η κλίµακα αλλάζει µόνο κατά µήκος της πύλης. Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 63 Κλιµάκωση Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 64

33 Κλιµάκωση Χαρακτηρισµός Κυκλώµατος και Εκτίµηση Απόδοσης 65