Καθυστέρηση αντιστροφέα και λογικών πυλών CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Σχετικά έγγραφα
Καθυστέρηση στατικών πυλών CMOS

Στατική ηλεκτρική ανάλυση του αντιστροφέα CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων 6: Ταχύτητα Κατανάλωση Ανοχή στον Θόρυβο

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (9 η σειρά διαφανειών)

Υλοποίηση λογικών πυλών µε τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Πολυσύνθετες πύλες. Διάλεξη 11

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Δίοδοι, BJT και MOSFET ως Διακόπτες 2

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

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I 4 η Εργαστηριακή Άσκηση

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Λογικά Κυκλώματα CMOS. Διάλεξη 5

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Οικογένειες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε αναστροφείς CMOS VLSI

Κεφάλαιο 4 o και 6 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Καθυστέρηση ιάδοσης Σήματος 2

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

Τρίτο Σετ Φροντιστηριακών ασκήσεων Ψηφιακών Ηλεκτρονικών. Δρ. Χ. Μιχαήλ

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ MOS KAI CMOS

Μνήμες RAM. Διάλεξη 12

Εισαγωγή. Στατική Λειτουργία V DD Q P Q N Q N =SAT QP=LIN QN=LIN Q P =SAT. Vi (Volts)

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε λογικά δίκτυα πολλών σταδίων

ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 2ο.. Λιούπης

Βασικές αρχές ηµιαγωγών και τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 4ο.. Λιούπης

Κεφάλαιο 1 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Κυκλώματα 2

4/10/2008. Στατικές πύλες CMOS και πύλες με τρανζίστορ διέλευσης. Πραγματικά τρανζίστορ. Ψηφιακή λειτουργία. Κανόνες ψηφιακής λειτουργίας

ΑΣΚΗΣΗ 7. ΘΕΜΑ 1ο MINORITY A B C. C out

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 5ο.. Λιούπης

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I 3 η Εργαστηριακή Άσκηση

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 6ο.. Λιούπης

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

ADn = Wn*LD = 3.2u*5u=16p = ASn, PDn= Wp+2*LD 3.2u+2*5u=13.2u=PSn

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Κυκλώµατα CMOS και Λογική Σχεδίαση 2

3o ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ. Αλλάζοντας τα πλάτη κάθε φορά και υπολογίζοντας τις διαστάσεις(επιφάνεια,εμβαδό) κάθε τρανζίστορ προκύπτει ότι:

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 ΗΜΙΑΓΩΓΙΚΗ ΙΟ ΟΣ 1

ΑΣΚΗΣΗ 3 η Ο ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑΣ CMOS

5 η διάλεξη Ο Αντιστροφέας και οι ιδιότητες του

Βασικές CMOS Λογικές οικογένειες (CMOS και Domino)

Σύνθεση για χαµηλή κατανάλωση

Κεφάλαιο 4 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Λογικός Φόρτος 2

ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (2 η σειρά διαφανειών)

Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ενότητα Β:Στοιχεία Ηλεκτρονικής Σχεδίασης VLSI Κυκλωμάτων

Λογικά Κυκλώματα NMOS. Διάλεξη 4

4.2 Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα

Ενισχυτής κοινής πηγής (common source amplifier)

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (10 η σειρά διαφανειών)

1 1+ Η εφαρµογή ανάδρασης υποβιβάζει την αντίσταση εξόδου στην τιµή


ΑΣΚΗΣΗ 2 η N-MOS ΚΑΙ P-MOS TRANSISTOR ΩΣ ΔΙΑΚΟΠΤΗΣ

Δυναμική συμπεριφορά των λογικών κυκλωμάτων MOS. Διάλεξη 10

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

7 η διάλεξη Ακολουθιακά Κυκλώματα

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Εργαστήριο Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI Υπεύθυνος καθηγητής Πλέσσας Φώτιος

10. Χαρακτηριστικά στοιχεία λογικών κυκλωμάτων

.Λιούπης. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Ακεραιότητα Ψηφιακού Σήµατος 1

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

1993 (Saunders College 1991). P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, and R. G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 4th ed.

ΤΟΠΟΛΟΓΙΕΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 5

ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ;

Bλάβες, ελαττώματα και. Δημήτρης Νικολός, Τμήμα Μηχ. Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, Παν. Πατρών

Επιπλέον, για ευκολία στις πράξεις ορίζουμε τις παρακάτω μεταβλητές

Low Power. Οργάνωση Παρουσίασης. ηµήτρης Μητροβγένης ηµήτρης Κασερίδης Μαρίνος Σαµψών VLSI II ΠΑΤΡΑ 2004

Κεφάλαιο 9 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Λογικές ομές 2

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

HY:433 Σχεδίαση Αναλογικών/Μεικτών και Υψισυχνών Κυκλωμάτων

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 4

ΗΥ335: Προχωρημένη Ηλεκτρονική

Κεφάλαιο 7 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Technology and Computer Architecture Lab. Ακολουθιακή Λογική 2

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (5 η σειρά διαφανειών)

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 3ο.. Λιούπης

Επιµέλεια διαφανειών:. Μπακάλης. Πριν την εξοµοίωση Σχεδίαση. Εξοµοίωση CMOS VLSI κυκλωµάτων 2

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια

Εξάλειψη παραµόρφωσης περάσµατος τάξης Β

Ηλεκτρικά Κυκλώματα & Δίκτυα ΙΙ. Ανασκόπηση Κεφαλαίου «Τελεστικοί Ενισχυτές»

Ηλεκτρονική Φυσική & Οπτικοηλεκτρονική

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

HY121-Ηλεκτρονικά Κυκλώματα

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI

i Το τρανζίστορ αυτό είναι τύπου NMOS. Υπάρχει και το συμπληρωματικό PMOS. ; Τι συμβαίνει στο τρανζίστορ PMOS; Το τρανζίστορ MOS(FET)

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Ενίσχυση Κέρδους (Gain Boosting)

Κεφάλαιο 10 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Ακολουθιακή Λογική 2

Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Εργαστήριο Συστημάτων VLSI και Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών. Γεώργιος Τσιατούχας

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

To π-ισοδύναμο μοντέλο του BJT

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Transcript:

Καθυστέρηση αντιστροφέα και λογικών πυλών MOS Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Ορισµοί καθυστέρησης λογικών πυλών MOS Καθυστερήσεις διάδοσης (propagaion delays) εισόδουεξόδου: Καθυστέρηση ανόδου ph : η διαφορά ανάµεσα στις διαδοχικές χρονικές στιγµές όπου η είσοδος και η έξοδος φτάνουν στο 50% της τάσης τροφοδοσίας κατά την άνοδο της εξόδου από λογικό 0 σε λογικό Καθυστέρηση καθόδου ph : η διαφορά ανάµεσα στις διαδοχικές χρονικές στιγµές όπου η είσοδος και η έξοδος φτάνουν στο 50% της τάσης τροφοδοσίας κατά την κάθοδο της εξόδου από λογικό σε λογικό 0 Χρόνοι µεταγωγής σήµατος (swiching imes ή signal slopes): Χρόνος ανόδου (rise ime) r : ο χρόνος που χρειάζεται για να ανέλθει το σήµα από το 0% στο 90% της τάσης τροφοδοσίας Χρόνος καθόδου (fall ime) f : ο χρόνος που χρειάζεται για να κατέλθει το σήµα από το 90% στο 0% της τάσης τροφοδοσίας 2

Ορισµοί καθυστέρησης λογικών πυλών MOS in r f 90% 90% 50% 50% 0% 0% ph ph 50% 50% 3

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) G S 0 D Dn D Dn in G S 4

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) ph d Dn Dn d d / 2 d ( ) 0 Dn 5

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) ph d Dn Dn d d / 2 d ( ) 0 Dn d d ph 0 d / 2 d ln 2 6

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) ph d Dn Dn d d / 2 d ( ) 0 Dn eqn ln 2 d d ph / 2 d d ln 2 0 d Dn( / 2 ) 7

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) G S Dp 0 D Dp D in G S 8

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Dp Dp d d ph d / 2 d ( ) 0 0 Dp 9

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Dp Dp d d ph d / 2 d ( ) 0 0 Dp d d ph 0 d 0 / 2 d ln 2 0

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Dp Dp d d ph d / 2 d ( ) 0 0 Dp eqp ln 2 / 2 d ( ) 0 Dp d d ph 0 d 0 / 2 d ln 2

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Εκφόρτιση από σε /2 µέσω του nmos τρανζίστορ: Τρανζίστορ nmos στην περιοχή κόρου ( - Tn ): ph 0 Tn 2 d d 2 k Dn n Tn ( ) Τρανζίστορ nmos στη γραµµ. περιοχή ( /2 - Tn ): ph 2 / 2 2 d k 2 0 n Tn ( ) ph2 Tn k n ( ) 2 d 2 ln Tn Tn d ph ( ) k Tn n 2 ( ) 2 2 Tn Tn 2 2

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Συνολική καθυστέρηση διάδοσης ph : ph ( ) 2Tn 4 Tn + + ln ( ) ph ph2 kn Tn Tn [Sedra/Smih εξ. (4.56)] Ισοδύναµη αντίσταση αγωγής nmos τρανζίστορ: eqn ( ) 2 Tn 4 Tn + ln ( ) k nwn Tn ln 2 Tn W eqn n 3

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Η καθυστέρηση διάδοσης ph (για φόρτιση του από 0 σε /2 µέσω του pmos τρανζίστορ) υπολογίζεται οµοίως: ( ) 2 Tp 4 Tp ph ( ) + ln k p Tp Tp Ισοδύναµη αντίσταση αγωγής pmos τρανζίστορ: ( ) 2 Tp 4 Tp eqp ( ) + ln k pwp Tp ln 2 Tp k eqn n eqn Εάν Tn Tp τότε: eqp r k W W p p p W eqp p οπότε εάν W p rw n θα είναι eqp eqn καθώς και ph ph (συµµετρικός αντιστροφέας) 4

MOS (για ακαριαία µετάβαση εισόδου) Άλλες µέθοδοι προσέγγισης της ισοδύναµης αντίστασης: Μέση αντίσταση: eqn / 2 d 2 ( ) Κανόνας α-power (για τρανζίστορ µε κορεσµό ταχύτητας φορέων velociy sauraion): eqn 2k ln 2 Από δεδοµένα προσοµοίωσης n ( ) Tn α Dn,.3 α 2 5

MOS µε πεπερασµένη κλίση εισόδου G S D ph ph + 6 + 2 Tn r in G D S ph ph + 6 + 2 Tp f Εάν η είσοδος του αντιστροφέα (πύλη i) προέρχεται από i i την έξοδο προηγούµενης πύλης (i-), τότε: 2 r ph i i 2 f ph 6

Καθυστέρηση διάδοσης γενικών πυλών MOS Η καθυστέρηση σε γενικές πύλες MOS εξαρτάται από τις συγκεκριµένες εισόδους που προκαλούν τη µετάβαση της εξόδου Για τρανζίστορ εν παραλλήλω µπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα µονοπάτια ρεύµατος για τη διεξαγωγή της φόρτισης/εκφόρτισης Για τρανζίστορ εν σειρά µπορεί να υπάρχουν επιπλέον χωρητικότητες σε εσωτερικούς κόµβους προς φόρτιση/εκφόρτιση Παράδειγµα πύλης NND: 0 0 7

Ισοδύναµος αντιστροφέας πυλών MOS Ισοδύναµη αντίσταση σειριακής συνδεσµολογίας τρανζίστορ: eqn ser eq + + eqn + + W ισοδύναµο πλάτος σειριακής συνδεσµολογίας: W eqn N W ser W + +W N 2 2 W W 2 W N W ser Χειρότερη περίπτωση παράλληλης συνδεσµολογίας: όταν άγει µόνο ένα τρανζίστορ και µάλιστα εκείνο µε το µικρότερο πλάτος ισοδύναµο πλάτος παράλληλης συνδεσµολογίας: ( W, ) W min K, par W N 8

Συµµετρικές ή τυποποιηµένες πύλες MOS Μοναδιαίες ή ελαχίστου µεγέθους συµµετρικές πύλες: Εµφανίζουν (εκ κατασκευής) σε όλα τα µονοπάτια ανόδου ή καθόδου µέχρι την έξοδο, συνολική ισοδύναµη αντίσταση ίση µε εκείνη ενός συµµετρικού µοναδιαίου αντιστροφέα r B r B 2r r F 2 F 2r F B 2 B 9

Συµµετρικές ή τυποποιηµένες πύλες MOS Κλιµακούµενες συµµετρικές πύλες: Λαµβάνονται από τις µοναδιαίες συµµετρικές πύλες µε κλιµάκωση των µεγεθών όλων των τρανζίστορ µε κάποιο συντελεστή s rs B rs B 2rs rs F 2s F 2rs F s B 2s s B s 20

Συµµετρικές ή τυποποιηµένες πύλες MOS 2r B 4r 4r Μοναδιαία ή ελαχίστου µεγέθους D 2r OUT D + (B + ) D 2 B 2 2 2

Συµµετρικές ή τυποποιηµένες πύλες MOS 2rs B 4rs 4rs Κλιµακούµενη (µε συντελεστή s) D 2rs OUT D + (B + ) D s 2s B 2s 2s 22