HY121 Ηλεκτρικϊ Κυκλώματα

Σχετικά έγγραφα
Μικροηλεκτρονική - VLSI

Μικροηλεκτρονική - VLSI

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI. 1 ΗΥ330 - Διάλεξη 6η - Σχεδίαση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων


Προςζξτε ότι για τα A, B ςε ςειρά, θ πθγι του πάνω, όταν είναι ανοικτό φτάνει μόνο τα (Vdd Vtn)V.

HY121 Ηλεκτρικϊ Κυκλώματα

Μικροηλεκτρονική - VLSI

6 η διάλεξη Σχεδίαση και Υλοποίηση Συνδυαστικών Κυκλωμάτων σε επίπεδο Τρανζίστορ

Πολυσύνθετες πύλες. Διάλεξη 11

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

6 θ διάλεξθ Σχεδίαςθ και Υλοποίθςθ Συνδυαςτικϊν Κυκλωμάτων ςε επίπεδο Τρανηίςτορ

ΗΜΥ 307 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ CMOS. Εαρινό Εξάμηνο ΧΑΡΗΣ ΘΕΟΧΑΡΙΔΗΣ

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Μικροηλεκτρονική - VLSI

HY121 Ηλεκτρικά Κυκλώματα

HY121 Ηλεκτρικϊ Κυκλώματα

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI. 1 ΗΥ330 - Διάλεξη 7η - Ακολουθιακά Κυκλώματα

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

2

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

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

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

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


Ενότητα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

HY523 Εργαςτηριακή Σχεδίαςη Ψηφιακών Κυκλωμάτων με εργαλεία Ηλεκτρονικού Σχεδιαςτικού Αυτοματιςμού. 2 ΗΥ523 - Χωροκζτθςθ

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Υλοποίηση λογικών πυλών µε τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ. ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Περίοδος Σεπτεμβρίου 2011

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


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

7 η διάλεξη Ακολουθιακά Κυκλώματα

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

ΗΜΥ 210: Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων. Συνδιαστικά Λογικά Κυκλώματα / Ολοκληρωμένα Κυκλώματα 1

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

HY523 Εργαςτηριακό χεδύαςη Ψηφιακών Κυκλωμϊτων με εργαλεύα Ηλεκτρονικού χεδιαςτικού Αυτοματιςμού.

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

Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου Field-effect transistors (FET)

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

ΗΜΥ 307 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Εαρινό Εξάμηνο 2018

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

Λογικά Κυκλώματα CMOS. Διάλεξη 5

ΗΜΥ 307 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Εαρινό Εξάμηνο 2017

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

ΑΣΚΗΣΗ 3 η Ο ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑΣ CMOS

Δυναμική συμπεριφορά των λογικών κυκλωμάτων MOS. Διάλεξη 10

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

4.2 Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα

3 θ διάλεξθ Επανάλθψθ, Επιςκόπθςθ των βαςικϊν γνϊςεων τθσ Ψθφιακισ Σχεδίαςθσ

Καθυστέρηση στατικών πυλών CMOS

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


HY437 Αλγόριθμοι CAD

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.


Ψηφιακή Λογική και Σχεδίαση

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 4ο.. Λιούπης

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

Εισαγωγή στις κρυσταλλολυχνίες (Transistors)

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

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI. Σταθερές Μνήμες Αρχιτεκτονικές Μνήμης RAM

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 5ο.. Λιούπης

Σχεδίαση CMOS Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων

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

HY437 Αλγόριθμοι CAD

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

HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI. HY422 - Διάλεξθ 4θ - Διαςυνδζςεισ

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

HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI. 5/23/ ΗΥ422 - Διάλεξθ 12θ Μνιμεσ. Στακερζσ Μνιμεσ Αρχιτεκτονικζσ Μνιμθσ RAM

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

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

Παραπάνω παρουςιάηεται ο πιο ςυνικθσ χωροκζτθςθ αρικμθτικϊν, λογικϊν κυκλωμάτων. Η μονάδα επεξεργαςίασ είναι θ λζξθ (λ.χ. 32-bit ςε επεξεργαςτζσ,

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ MOS KAI CMOS

5 η διάλεξη Ο Αντιστροφέας και οι ιδιότητες του

ΗΥ220 Εργαστήριο Ψηφιακών Κυκλωμάτων


Πράξεις με δυαδικούς αριθμούς

HY121-Ηλεκτρονικά Κυκλώματα

Επιπλέον, για ευκολία στις πράξεις ορίζουμε τις παρακάτω μεταβλητές

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

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

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

Σύνθεση για χαµηλή κατανάλωση

ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ECL (Emitter Coupled Logic) Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 ΚαθηγητήςΚωνσταντίνοςΕυσταθίου

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

Στατική ηλεκτρική ανάλυση του αντιστροφέα CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

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.

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 2ο.. Λιούπης

Λάμπρος Μπισδούνης. ρ. Ηλεκτρολόγος Μηχανικός

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

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

Φυσική σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων

Electronic Analysis of CMOS Logic Gates

Κατανάλωση ισχύος ψηφιακών κυκλωμάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Transcript:

HY Ηλεκτρικϊ Κυκλώματα Διδϊςκων: Χ. Σωτηρύου, Βοηθού: Ε. Βαςιλϊκησ, Δ. Πούλιοσ http://www.csd.uoc.gr/~hy Περιεχόμενα Στατικζσ Πφλεσ CMOS και Μεγζκθ Τρανηίςτορ Λογικι Λόγου Αντίςταςθσ/Μεγεκών (NMOS) Διαφορικι Λογικι DCVSL Λογικι Τρανηίςτορ Διζλευςθσ Συμπλθρωματικι Λογικι Τρανηίςτορ Διζλευςθσ Δυναμικι Λογικι

Μοντϋλο Μεταβατικόσ Καθυςτϋρηςησ R eq C int NND Cint INV NOR 3 Καθυςτϋρηςη και Διανύςματα Ειςόδου Βάςθ τθσ δομισ τθσ πφλθσ, θ κακυςτζρθςθ είναι και ςυνάρτθςθ του διανφςματοσ ειςόδου: Μετάβαςθ 0 (ζξοδο) Αν και οι είςοδοι γίνουν 0: Cint Κακυςτζρθςθ είναι (0.69 /. ) Αν είςοδοσ γίνει 0: Κακυςτζρθςθ είναι (0.69. ) Μετάβαςθ 0 (ζξοδο) Και οι είςοδοι γίνονται : Κακυςτζρθςθ είναι (0.69.. ) 4

Voltage [V] Καθυςτϋρηςη και Διανύςματα Ειςόδου 3.5.5 0.5 0 0-0.5 00 00 300 400 5 time [ps] == 0 =, = 0 = 0, = Input Data Pattern Delay (psec) ==0 67 =, =0 64 = 0, = 6 == 0 45 =, = 0 80 = 0, = 8 NMOS = 0.5 m/0.5 m PMOS = 0.75 m/0.5 m = 00 f Μεγϋθη Τρανζύςτορ 4 4 C int Cint 6 3

Μεγϋθη Τρανζύςτορ 4 3 C 8 8 6 6 D 4 6 OUT = D + ( + C) D C 7 Αριθμόσ Ειςόδων (an-in) και Καθυςτϋρηςη C D C D C 3 C C t phl Μοντζλο Elmore: 0.69RN ( C C 3C3 Η κακυςτζρθςθ αυξάνεται δραματικά ωσ προσ τον αρικμό των ειςόδων 4C L ) 8 4

t p (psec) t p (psec) Σχϋςη fan-in και Καθυςτϋρηςησ 50 000 750 500 t phl t p ηεηραγωνική ζτέζη Πύλες με fan-in μεγαλύηερο από 4 πρέπει να αποθεύγονηαι 50 tt pl plη H 0 4 6 8 0 4 6 fan-in linear 9 Σχϋςη fan-out και Καθυςτϋρηςησ t p NOR t p NND t p INV Η κλίζη ανηιζηοιτεί ζηην οδηγηηική ικανόηηηα, δηλ. μέγεθος, ηης πύλης 4 6 8 0 4 6 0 5

NND 4 Ειςόδων - Κϊτοψη Vdd 5 6 7 8 In In In 4 In 4 W/L = 9λ/λ In 3 W/L = 3λ/λ GND In In In 4 In 4 GND In In In3 In4 NND 4 Ειςόδων - Κϊτοψη Vdd 5 6 7 8 In In In 4 In 4 W/L = 9λ/λ In 3 D W/L = 3λ/λ GND In In In 4 PS ( πλεσρές) S (μέτρι ηην μέζη) In 4 GND In In In3 In4 6

Λογικό Λόγου Αντύςταςησ/Μεγεθών (Ratioed) Resistive Load R L Depletion Load V T < 0 PMOS Load In In PDN In In PDN In In PDN (a) resistive load (b) depletion load NMOS (c) pseudo-nmos αντίςταςθ NMOS με κανάλι Ψεφδο-NMOS Η λογικθ λόγου μεγειών (ratioed) αποςκοπεί ςτην μείωςη των Goal: to reduce the number τρανζίςτορ, of devices χωρητικότητασ over complementary CMOS 3 Λογικό Λόγου Αντύςταςησ/Μεγεθών (Ratioed) - Αντύςταςη Resistive Load R L Ν τρανηίςτορ + V OH = Vdd N transistors + Load V OL = R PDN /(R PDN + R L ) V OH = Διαιρετισ Τάςθσ In In PDN V OL = R PN R PN + R Αςφμμετρθ καμπφλθ L μεταβίβαςθσ ssymetrical response Vo/Vi Στατικι κατανάλωςθ Static power consumption Όταν Vo = Vss t pl = 0.69 R L tplh = 0.69 RLCL 4 7

V out [V] Λογικό Λόγου Αντύςταςησ/Μεγεθών (Ratioed) - Τρανζύςτορ Depletion Load V T < 0 PMOS Load In In PDN In In PDN depletion load NMOS pseudo-nmos 5 Καμπύλεσ Μετϊβαςησ Ψευδό-NMOS 3.0.5.0 W/L p = 4.5.0 W/L p = 0.5 W/L p = 0.5 W/L p = 0.5 W/L p = 0.0 0.0 0.5.0.5.0.5 V in [V] 6 8

Διαφορικό Λογικό DCVSL M M PDN PDN Differential Cascode Voltage Switch Logic (DCVSL) 7 Παρϊδειγμα DCVSL XOR-NXOR gate 8 9

V oltage [V] Παρϊδειγμα DCVSL Μεταβατικό Ανϊλυςη.5.5 0.5,, -0.5 0 0. 0.4 0.6 0.8.0 Time [ns] 9 Λογικό Τρανζύςτορ Διϋλευςησ (Pass) Inputs Switch Network τρανηίςτορ ςε διατάξεισ διακοπτών μεταςχθματίηουν ειςόδουσ ςε εξόδουσ N transistors χωρίσ ςυνδζςεισ No ςε static Vdd, Vss consumption Μόνο Ν αντί Ν τρανηίςτορ για βαςικζσ πφλεσ Μθδενικι Στατικι Κατανάλωςθ! 0 0

Voltage [V] Παρϊδειγμα:ND με τρανζύςτορ διϋλευςησ 0 = Πτώςη τϊςησ διϋλευςησ NMOS και χειριςμόσ In x 0.5 m/0.5 m.5 m/0.5 m 0.5 m/0.5 m 3.0.0.0 x In 0.0 0 0.5.5 Time [ns]

Πτώςη τϊςησ διϋλευςησ NMOS και χειριςμόσ C =.5V C =.5 V =.5 V =.5 V M M n M Η πτώςθ τάςθσ ςτον κόμβο V ςυνεπάγεται μεγαλφτερο ςτατικό ρεφμα ςτθν επόμενθ πφλθ Το PMOS δεν ζχει ποτζ Vgs = 0, κλείνει από το Vsd = 0 Επιπλζον, το Vtn του τρανηίςτορ διζλευςθσ είναι μεγαλφτερο από το Vtp (φαινόμενο ςώματοσ) 3 Τεχνικϋσ Σχεδύαςησ με Τρανζύςτορ Διϋλευςησ - Ανόρθωςη Επιπϋδου (Level Restorer) Ανορθωτής Τάσης (Level Restorer) M r M M n X M Πλεονζκτθμα: Vx φτάνει το Vdd Μειονεκτιματα: (α) μεγαλφτερθ χωρθτικότθτα ςτο Vx, (β) Μζγεκοσ Μr ςθμαντικόσ παράγοντασ 4

Voltage [V] Μϋγεθοσ Τρανζύςτορ Ανόρθωςησ 3.0.0.0 W/L r =.75/0.5 W/L r =.50/0.5 W/L r =.0/0.5 W/L r =.5/0.5 0.0 0 00 00 300 400 500 Time [ps] Πάνω όριο ςτο μζγεκοσ του τρανηίςτορ ανόρκωςθσ Τα τρανηίςτορ διζλευςθσ μπορεί να είναι ςε ςειρά κακζλκυςθ ακόμα πιο δφςκολθ 5 Συμπληρωματικό Λογικό Τρανζύςτορ Διϋλευςησ (Complementary PT Logic) Pass-Transistor Network (a) Inverse Pass-Transistor Network = =+ = Ý (b) = =+ = Ý ND/NND OR/NOR EXOR/NEXOR 6 3

Τεχνικϋσ Σχεδύαςησ με Τρανζύςτορ Διϋλευςησ 3 Πύλη Μεταβύβαςησ (Transmission Gate) C C C =.5 V C =.5 V C = 0 V 7 Αντύςταςη Πύλησ Μεταβύβαςησ 30.5 V Rn Resistance, ohms 0 0.5 V 0 V V out 0 0.0.0.0 V out, V 8 4

Παρϊδειγμα: Πολυπλϋκτησ ςε λογικό Μεταβύβαςησ S S S VDD M S M S GND In S S In 9 Παρϊδειγμα: Πύλη XOR ςε λογικό Μεταβύβαςησ 0 M Vdd M M3/M4 Vss 30 5