Κεφάλαιο 2 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Κεφάλαιο 2 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab"

Δευκαλίων Ελευθερόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ VLSI Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων CMOS Αναστροφέας Κεφάλαιο ο Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Γ. Τσιατούχας VLSI Systems ad Computer Architecture Lab ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ VLSI Διάρθρωση 1. I V χαρακτηριστική αναστροφέα. Στατική χαρακτηριστική μεταφοράς 3. Κατώφλι μετάβασης 4. Περιθώρια θορύβου 5. Φαινόμενο latch up 1

2 Περιοχές Λειτουργίας MOS Αποκοπή Γραμμική Κόρος pmos V GSp < V tp V GSp < V tp V GSp > V tp < V tp + < V tp + > V tp + V DSp > V GS V tp < V tp V DSp < V GS V tp > V tp MOS V GS < V t V GS > V t > V t V GS > V t > V t Gd CMOS Αναστροφέας < V t V DS < V GS V t > V t V DS > V GS V t < V t Ο CMOS Αναστροφέας 3 Χαρακτηριστική CMOS Αναστροφέα (Ι) I D V GS4 V GS3 V GS MOS V DSp V GS1 V GS V t V GSp V tp V DS V GSp1 pmos V GSp V GSp3 I Dp V GSp4 Ο CMOS Αναστροφέας 4

3 Χαρακτηριστική CMOS Αναστροφέα (ΙΙ) I Dp I D V GSp p GS V DSp V DS V DSp + V DSp Ι Dp = V DS = + V DSp Ο CMOS Αναστροφέας 5 Χαρακτηριστική CMOS Αναστροφέα (ΙΙΙ) V GSp V DSp I Dp I D p +V GSp p = + V DSp p GS V GS =V DS Gd= Gd = = V GS = + V GSp V DS = + V DSp Ο CMOS Αναστροφέας 6 3

4 Χαρακτηριστική CMOS Αναστροφέα (ΙV) I D p =V Τεχνολογία 5m =.5V =.5V.5V PMOS p =.5V NMOS =V 1.5V 1.5V.5V p =1V =1.5V =1.5V =1V V i =V =.5V p =1.5V p =V =1V =.5V =.5V 5V =V p =.5V =V Η χαρακτηριστική =f( ) προσδιορίζεται από τα σημεία με κοινό V GS ( =p και I D =I Dp ) Ο CMOS Αναστροφέας 7 Στατική (DC) Χαρακτηριστική Μεταφοράς (I) Χαρακτηριστική Εισόδου Εξόδου [ =f( )] I D = I Dp A B / C D V t / +V tp E Ο CMOS Αναστροφέας 8 4

5 Στατική (DC) Χαρακτηριστική Μεταφοράς (II) V tp / V t A B pmos Γραμμική MOS Αποκοπή C MOS Κόρος pmos Κόρος D +V tp ή pmos Αποκοπή MOS Γραμμική E V t / +V tp Στην περιοχή C τα δύο τρανζίστορ είναι στον κόρο και συμπεριφέρονται σαν πηγές ρεύματος. Υπάρχει μία τάση εισόδου γιατηνοποίαισχύει = και η τάση αυτή ονομάζεται κατώφλι μετάβασης (V Μ ) της λογικής πύλης. Σε αυτή την τάση το σύστημα είναι σε ασταθή ισορροπία. V tp < (Εδώ το κατώφλι μετάβασης είναι /, θεωρώντας ότι ισχύει p = ). Ο CMOS Αναστροφέας 9 Ανάλυση Χαρακτηριστικής Μεταφοράς Περιοχή Συνθήκη pmos MOS Έξοδος A V t Γραμμική Αποκοπή = B V t < / Γραμμική Κόρος =f( ) C = / Κόρος Κόρος f( ) D / < V tp Κόρος Γραμμική =f( ) E V tp Αποκοπή Γραμμική = Gd Ο CMOS Αναστροφέας 1 5

6 A B V Μ Κατώφλι Μετάβασης C MOS Κόρος pmos Κόρος D +V tp V t V Μ +V tp Αν ζητάμε κάποιο συγκεκριμένο κατώφλι μετάβασης V M τότε ο απαιτούμενος λόγος των πλατών των τρανζίστορ (για ίδια L) θα δίδεται από: E Στην περιοχή C τα δύο τρανζίστορ είναι στον κόρο. Εξισώνοντας τα ρεύματά τους για τάση = =V M παίρνουμε: p (VM Vt) (VM VDD Vtp ) p p (V W μp (V W μ M VDD Vtp) (VM Vt) μ t ε W L M VDD Vtp) (VM Vt) Ο CMOS Αναστροφέας 11 p/ p / ox L = L p / p και Χαρακτηριστική Μεταφοράς (V V V ) M DD.1 tp 1 p p (VM Vt) VDD VM V t = V tp / 1 p p 1 p/ / μ t p/ t ox ε W L V t / +V tp Με δεδομένο ότι μ > μ p, θα πρέπει W p > W ώστε p = και V M = /! Ο CMOS Αναστροφέας 1 6

7 Δυναμική Χαρακτηριστική Μεταφοράς Δυναμική Χαρακτηριστική (Ακαριαία Μετάβαση 1) Στατική Χαρακτηριστική Μεταφοράς A B Δυναμική Χαρακτηριστική (Γρήγορη Μετάβαση 1) / C D V t / +V tp E Ο CMOS Αναστροφέας 13 Περιθώρια Θορύβου (I) Περιοχή Λογικού 1 Εξόδου Περιοχή Λογικού Εξόδου Εύρος Τιμών Εξόδου V OHmi V IHmi Περιθώρια Θορύβου V OLmax V ILmax Gd NM H NM L Εύρος Τιμών Εισόδου Εύρος Τιμών Εισόδου Περιοχή Λογικού 1 Εισόδου NM H =V OHmi V IHmi NM L =V ILmax V OLmax Περιοχή Λογικού Εισόδου V OHmi = ελάχιστη τάση εξόδου για 1 V ΙHmi = ελάχιστη τάση εισόδου για 1 V OLmax = μέγιστη τάση εξόδου για V ΙLmax = μέγιστη τάση εισόδου για Ο CMOS Αναστροφέας 14 7

8 Περιθώρια Θορύβου (II) dv dv out i 1 V OH V M dv dv out i g (V g V OH IH V V OL IL ) V OL V IH V IL V M Ο CMOS Αναστροφέας 15 Υλοποίηση CMOS Αναστροφέα Gd + p + p + πηγάδι + + p + p υπόστρωμα Ο CMOS Αναστροφέας 16 8

9 Φαινόμενο Latch Up Gd + p + p p + p pp p Ο CMOS Αναστροφέας 17 9

Σχετικά έγγραφα

Στατική ηλεκτρική ανάλυση του αντιστροφέα CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Στατική ηλεκτρική ανάλυση του αντιστροφέα CMO Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική Στατική (C) ηλεκτρική ανάλυση του αντιστροφέα CMO Θα εξάγουµε τη χαρακτηριστική τάσης = f( ) (καθώς και τη χαρακτηριστική ρεύµατος