ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασμός Εαρινό Εξάμηνο Κυκλώματα CMOS. Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Σχετικά έγγραφα
ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Υλοποίηση λογικών πυλών µε τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

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

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

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

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφική Σχεδίαση

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Πράξεις με δυαδικούς αριθμούς

4.2 Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα

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

Αναλογικά & Ψηφιακά Κυκλώματα ιαφάνειες Μαθήματος ρ. Μηχ. Μαραβελάκης Εμ.

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε. ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ.

V Vin $N PULSE 1.8V p 0.1p 1n 2n M M1 $N 0002 $N 0001 Vout $N 0002 MpTSMC180 + L=180n + W=720n + AD=0.324p + AS=0.

Πολυσύνθετες πύλες. Διάλεξη 11

Καθυστέρηση στατικών πυλών CMOS

Περιεχόμενα. Πρώτο Κεφάλαιο. Εισαγωγή στα Ψηφιακά Συστήματα. Δεύτερο Κεφάλαιο. Αριθμητικά Συστήματα Κώδικες

Κεφάλαιο Τρία: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

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

Βασικές CMOS Λογικές οικογένειες (CMOS και Domino)

K15 Ψηφιακή Λογική Σχεδίαση 6: Λογικές πύλες και λογικά κυκλώματα

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 2 ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ OR, NOR, XOR

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Ηλεκτρονική. Ενότητα 9: Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου (FET) Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Λογικά Κυκλώματα CMOS. Διάλεξη 5

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

7 η διάλεξη Ακολουθιακά Κυκλώματα

Περίληψη ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασµός. Λογικές Πύλες. BUFFER, NAND και NOR. ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο 2005

9. OIΚΟΥΜΕΝΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΙΣΟ ΩΝ

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 5ο.. Λιούπης

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Αλγεβρα BOOLE και Λογικές Πύλες

Ψηφιακά Κυκλώματα (1 ο μέρος) ΜΥΥ-106 Εισαγωγή στους Η/Υ και στην Πληροφορική

3. Βασικές αρχές ψηφιακών κυκλωμάτων και συστημάτων

Εκτέλεση πράξεων. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά και Δυαδική Λογική. Πράξεις με δυαδικούς αριθμούς. Πράξεις με δυαδικούς αριθμούς

ECE 407 Computer Aided Design for Electronic Systems. CMOS Logic. Instructor: Maria K. Michael. Overview

Χρήση διακοπτών για την κατασκευή λογικών πυλών Εισαγωγή στις οικογένειες πυλών nmos, CMOS, κα.

Μνήμες RAM. Διάλεξη 12

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

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

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 1

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (8 η σειρά διαφανειών)

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

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ MOS KAI CMOS

ΑΣΚΗΣΗ 6 ΠΟΛΥΠΛΕΚΤΕΣ (MUX) ΑΠΟΠΛΕΚΤΕΣ (DEMUX)

ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ. ιδάσκων : ρ. Β. ΒΑΛΑΜΟΝΤΕΣ. Πύλες - Άλγεβρα Boole 1

Γενικά Στοιχεία Ηλεκτρονικού Υπολογιστή

K24 Ψηφιακά Ηλεκτρονικά 4: Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Εισαγωγή στους Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες 2. Επιμέλεια Διαφανειών: Δ.

Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων Χειμερινό Εξάμηνο Περίληψη

Ψηφιακά Συστήματα. 3. Λογικές Πράξεις & Λογικές Πύλες

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Κεφάλαιο 1ο. Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες. (c) Αμπατζόγλου Γιάννης, Ηλεκτρονικός Μηχανικός, καθηγητής ΠΕ17

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ

Ενότητα 4 ΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΥΟ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

Ενότητα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Εισαγωγή στις κρυσταλλολυχνίες (Transistors)

ΠΛΗ10 Κεφάλαιο 2. ΠΛH10 Εισαγωγή στην Πληροφορική: Τόμος Α Κεφάλαιο: : Αριθμητική περιοχή της ALU 2.5: Κυκλώματα Υπολογιστών

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδυαστική Λογική / Κυκλώματα

f(x, y, z) = y z + xz

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Κεφάλαιο 3

Κατ οίκον Εργασία ΚE5

6.1 Θεωρητική εισαγωγή

1.1 Θεωρητική εισαγωγή

100 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΜΕ ΤΙΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ. ΜΑΘΗΜΑ 2 ο. ΑΛΓΕΒΡΑ Boole ΛΟΓΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

Ακολουθιακά Κυκλώµατα. ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο Ακολουθιακά Κυκλώµατα (συν.) Ακολουθιακή Λογική: Έννοια

4 η ΕΝΟΤΗΤΑ. Το MOSFET

Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

Ενότητα 2 ΑΛΓΕΒΡΑ BOOLE ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ

Παράσταση αριθμών «κινητής υποδιαστολής» floating point

ΜΕΡΟΣ 1 ο : Δυαδικές συναρτήσεις Άλγεβρα Boole Λογικά διαγράμματα

ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο Ένα συνδυαστικό κύκλωµα µπορεί να περιγραφεί από: Φεβ-05. n-είσοδοι

ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ: 1. Αναγνωρίζει απλούς κωδικοποιητές - αποκωδικοποιητές.

Περίληψη. ΗΜΥ 210: Λογικός Σχεδιασµός, Εαρινό Εξάµηνο υαδική Αφαίρεση. υαδική Αφαίρεση (συν.) Ακόµη ένα παράδειγµα Αφαίρεσης.

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

Το μάθημα συνοπτικά (1) Το μάθημα συνοπτικά (2) Τι είναι ένα υπολογιστικό σύστημα ;

3. ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΡΑΞΕΙΣ & ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ

Ηλεκτρονική Μάθημα VIΙΙ Ψηφιακά Κυκλώματα Υλοποίηση Λογικών Συναρτήσεων

6 η διάλεξη Σχεδίαση και Υλοποίηση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων σε επίπεδο Τρανζίστορ

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία

ΗΜΥ-210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων

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

2 η Θεµατική Ενότητα : Σύνθετα Συνδυαστικά Κυκλώµατα. Επιµέλεια διαφανειών: Χρ. Καβουσιανός

Εργαστήριο Ψηφιακών Συστηµάτων ΗΜΥ211

Κεφάλαιο 3. Λογικές Πύλες

Transcript:

ΗΜΥ-210: Λογικός Σχεδιασμός Εαρινό Εξάμηνο 2005 Κυκλώματα CMOS Πανεπιστήμιο Κύπρου Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών

Κυκλώματα CMOS Περίληψη Τρανζίστορ και μοντέλα διακόπτη ίκτυα CMOS ίκτυα σε σειρά Παράλληλα δίκτυα Πλήρως συμπληρωματικά CMOS Αντιστροφέας CMOS CMOS NAND και CMOS NOR Σύνθετες πύλες CMOS Πύλες μετάδοσης CMOS MKM - 2

Κυκλώματα CMOS Υλοποίηση λογικών πυλών και άλλων δομών χρησιμοποιώντας τεχνολογία CMOS. Βασικό στοιχείο: τρανζίστορ Υπάρχουν 2 τύποι τρανζίστορ: n-κανάλι (n-chnnel): τρανζίστορ nmos p-κανάλι (p-chnnel): τρανζίστορ pmos Ο τύπος εξαρτάται από τα υλικά του ημιαγωγού που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση του τρανζίστορ (πέραν των στόχων του μαθήματος ). Μοντελοποιούμε την συμπεριφορά του τρανζίστορ σε λογικό επίπεδο για να μπορέσουμε να μελετήσουμε την συμπεριφορά κυκλωμάτων CMOS Θεωρούμε τα τρανζίστορ pmos και nmos ως διακόπτες. MKM - 3

Τρανζίστορ CMOS ως διακόπτες 3 άκρα (terminls) στα τρανζίστορ CMOS: G: Πύλη (Gte) D: Ακροδέκτης MOSFET (Drin) S: Πηγή (Source) nmos τρανζίστορ/διακόπτης X=1, διακόπτης κλείνει (ON) X=0, διακόπτης ανοίγει (OFF) pmos τρανζίστορ/διακόπτης X=0, διακόπτης κλείνει (ON) X=1, διακόπτης ανοίγει (OFF) MKM - 4

ίκτυα από διακόπτες Xχρησιμοποιούμε διακόπτες για την δημιουργία δικτύων που αναπαριστάνουν λογικά κυκλώματα CMOS. Για να υλοποιήσουμε μια συνάρτηση F, δημιουργούμε ένα δίκτυο έτσι ώστε υπάρχει ένα μονοπάτι δια μέσω του δικτύου όταν το F=1, και δεν υπάρχει όταν το F=0. ύο βασικές δομές: Τρανζίστορ σε σειρά Παράλληλα τρανζίστορ MKM - 5

Τρανζίστορ σε Σειρά/Παράλληλα nmos σε σειρά X Y X:X Y:Y υπάρχει μονοπάτι μεταξύ των σημείων και εάν Χ και Y είναι 1 X Y παράλληλο nmos X Y X:X Y:Y υπάρχει μονοπάτι μεταξύ των σημείων και εάν το X ή τοy είναι 1 X+Y pmos σε σειρά X Y X:X Y:Y υπάρχει μονοπάτι μεταξύ των σημείων και εάν το Χ και Y είναι 0 X Y παράλληλο pmos X Y X:X Y:Y υπάρχει μονοπάτι μεταξύ των σημείων και εάν το X ή τοy είναι 0 X +Y MKM - 6

ίκτυα από διακόπτες (συν.) Γενικά: 1. Το nmos σε σειρά υλοποιεί την λογική πύλη AND 2. Το pmos σε σειρά υλοποιεί την λογική πύλη NOR 3. Το παράλληλο nmos υλοποιεί την λογική πύλη OR 4. Το παράλληλο pmos υλοποιεί την λογική πύλη NAND Παρατηρήστε ότι: Το 1 είναι ο δυϊσμός του 3, και αντίστροφα Το 2 είναι ο δυϊσμός του 4, και αντίστροφα MKM - 7

Πλήρως Συμπληρωματικά CMOS Κάθε πλήρως συμπληρωματικό δίκτυο CMOS έχει την δομή στα δεξιά. Το κάθε ένα από τα δύο υπό- δίκτυα υλοποιεί τη συνάρτηση δυϊσμού του άλλου. Στατική CMOS (sttic CMOS): υλοποιεί την F() (όλους( τους συνδυασμούς που δίνουν 1) και το συμπλήρωμά της F () (όλους τους συνδυασμούς που δίνουν 0). Υπάρχει πάντα ένα μονοπάτι μέσω στην έξοδο (F), είτε από την πηγή +V (λογικό( 1) είτε από τη γείωση (λογικό 0). Pull-up δίκτυο (τραβά από +V) Pull-down δίκτυο (τραβά από GRD) MKM - 8

Πλήρως Συμπληρωματικά CMOS Παράδειγμα -- Αντιστροφέας +V X F = X X F = X Λογικό σύμβολο Λειτουργία: GRD Σχηματικό σε επίπεδο τρανζίστορ X=1 διακόπτης nmos κλείνει (pmos παραμένει ανοικτός) και η έξοδος άγει από το GRD F=0 X=0 διακόπτης pmos κλείνει (nmos παραμένει ανοικτός) και η έξοδος άγει από το +V F=1 MKM - 9

Πλήρως ολοκληρωμένα δίκτυα CMOS Βασικές Πύλες (NOR, NAND, NOT) MKM - 10

Πλήρως ολοκληρωμένα CMOS Γιατί τα δίκτυα pmos είναι συνδεδεμένα στο +V και τα nmos στο GRD? Τα στοιχεία pmos είναι σχεδόν ιδεώδες όταν τα διαπερνά υψηλή τάση (Η) και αδύνατα όταν τα διαπερνά χαμηλή τάση (L). Τα στοιχεία nmos είναι σχεδόν ιδεώδες όταν τα διαπερνά χαμηλή τάση και αδύνατα όταν τα διαπερνά υψηλή τάση (Η). Η δομή του CMOS εξασφαλίζει ότι οι τιμές των σημάτων παραμένουν στα κατάλληλα υψηλά και χαμηλά λογικά επίπεδα, όταν μεταδίδονται δια μέσω του δικτύου και φθάνουν στην έξοδο. MKM - 11

Πλήρως ολοκληρωμένα δίκτυα CMOS Σύνθετες Πύλες (Complex Gtes) εδομένης μιας συνάρτησης F(): 1. Βρείτε και απλοποιήστε το F (). Βεβαιωθείτε ότι θα προχωρήσετε μέχρι που τα συμπληρώματα να φτάσουν στο επίπεδο παραγόντων (literl). 2. Υλοποιήστε την F () σαν ένα nmos δίκτυο και ακολούθως συνδέστε το με το GRD και το F() δίκτυο pull-down 3. Βρείτε το δυϊσμό του F () και υλοποιήστε το σαν ένα pmos δίκτυο και ακολούθως συνδέστε το με το +V και το F() δίκτυο pull-up up 4. Συνδέστε τις εισόδους σε κάθε ένα από τα δίκτυα pull- up και pull-down. MKM - 12

Πλήρως ολοκληρωμένα δίκτυα CMOS σύνθετες πύλες - Παράδειγμα F = AB +AC+BC MKM - 13

CMOS Πύλη Mετάδοσης MKM - 14

MUX 2-εισόδων2 εισόδων και XOR με CMOS πύλες μετάδοσης MUX (=multiplexer) = Πολυπλέκτης: Επιλέγει να περάσει την τιμή σε μία από τις εισόδους βάση της τιμής του C MKM - 15