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VLSI Transístores de passagem 1Transístores de passagem 1
FEUP/DEECNovembro de 2007
Transístores de passagemJoão Canas Ferreira
Tópicos deProjecto de Circuitos VLSI
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VLSI Transístores de passagem 2Transístores de passagem 2
Conteúdo
Inclui figuras de:J. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic
Digital Integrated Circuits, 2ª ed, PrenticeHall
Transístores de passagem Portas de transmissão
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VLSI Transístores de passagem 3Transístores de passagem 3
B
B
A
F = AB
0
Circuitos lógicos com transístores de passagem
Inputs
Switch
Network
OutOut
A
B
B
B
• N transistors
• No static consumption
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VLSI Transístores de passagem 4Transístores de passagem 4
Utilização de transístores NMOS
VDD
In
Outx
0.5m/0.25m0.5m/0.25m
1.5m/0.25m
0 0.5 1 1.5 20.0
1.0
2.0
3.0
Time [ns]
Vo
ltage
[V]
xOut
In
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VLSI Transístores de passagem 5Transístores de passagem 5
Interruptor NMOS
•VB não atinge 2.5V, mas apenas 2.5VVtn
•Existe consumo de potência estática•Transístor NMOS está sujeito a efeito de corpo, com aumento da tensão de limiar
•Resistência do interruptor cresce quando a tensão de saída se aproxima de VinVtn (zona linear)
A = 2.5 V
C = 2.5 V
BM2
M1
Mn
A = 2.5 VB
C = 2.5 V
CL
V B=V DD−V tn=V DD−V tn0 ∣2F∣V B− ∣2F∣
1.8V
Consumo estático!
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VLSI Transístores de passagem 6Transístores de passagem 6
Curva de transferência de porta AND
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VLSI Transístores de passagem 7Transístores de passagem 7
PTL complementar
A
B
A
B
B B B B
A
B
A
B
F=AB
F=AB
F=A+B
F=A+B
B B
A
A
A
A
F=AÝ
F=AÝ
OR/NOR EXOR/NEXORAND/NAND
F
F
Pass-Transistor
Network
Pass-TransistorNetwork
AABB
AABB
Inverse
(a)
(b)
•Valores complementares sempre disponíveis•Todas as portas têm a mesma topologia•Pode ser necessário usar portas com Vth=0, para compensar a ligação de fontes a portas de transístores.
CPTL = complementary passtransistor logic
Muito eficiente parasomadores emultiplicadores.
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VLSI Transístores de passagem 8Transístores de passagem 8
Recuperação de nível
•Variação "completa" da amplitude (0V;VDD)
•Transístor de recuperação aumenta a capacidade em X
•Problema de dimensionamento (ratioed circuit)
M2
M1
Mn
M r
OutA
B
VDDVDDLevel Restorer
X
Problema no nó X durante a sua transição HL:descarga via Mn é contrariada por pullup via Mr.
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VLSI Transístores de passagem 9Transístores de passagem 9
Dimensionamento do transístor de recuperação
0 100 200 300 400 5000.0
1.0
2.0
W/Lr =1.0/0.25 W/Lr =1.25/0.25
W/Lr =1.50/0.25
W/Lr =1.75/0.25
Vol
tage
[V]
Time [ps]
3.0
•Existe um limite superior para a dimensão do transístor de restauração do sinal.•Pulldown via transístor de restauração pode ser uma cadeia de vários transístores NMOS.
•Mr aumenta o tempo de subida, diminui tempo de descida.
•Capacidade acrescida em X torna a porta mais lenta.
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VLSI Transístores de passagem 10Transístores de passagem 10
Emprego de transístores com Vt=0
Out
VDD
VDD
2.5V
VDD
0V 2.5V
0V
•Correntes de fuga podem ser significativas quando a comutação não é frequente.
•Continua a existir efeito de corpo.
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VLSI Transístores de passagem 11Transístores de passagem 11
Conteúdo
Inclui figuras de:J. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic
Digital Integrated Circuits, 2ª ed, PrenticeHall
Transístores de passagem Portas de transmissão
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VLSI Transístores de passagem 12Transístores de passagem 12
Porta de transmissão
A B
C
C
A B
C
C
BCL
C = 0 V
A = 2.5 VC = 2.5 V
A utilização de portas de transmissão tem vindo a decrescer. Porquê?
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VLSI Transístores de passagem 13Transístores de passagem 13
Resistência de uma porta de transmissão
Vout
0 V
2.5 V
2.5 VRn
Rp
0 . 0 1 . 0 2 .00
1 0
2 0
3 0
Vout, V
Res
ista
nce
, oh
ms
Rn
Rp
Rn || Rp
Geq=1Req
≈k n V DD−V tnk p V DD−∣V tp∣
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VLSI Transístores de passagem 14Transístores de passagem 14
Multiplexador de portas de transmissão
A M2
M1
B
S
S
S F
VDD
VDD
S S
GNDIn1 In2S S
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VLSI Transístores de passagem 15Transístores de passagem 15
Porta XOR com portas de transmissão
A
B
F
B
A
B
BM1
M2
M3/M4
•Analisar separadamente os casos B=1 e B=0.•A saída (nó F) tem sempre um percurso de baixa resistência para as alimentações.
saída FImplementação complementar requer 12 transístores.
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VLSI Transístores de passagem 16Transístores de passagem 16
Atraso em redes de portas de transmissão
V1 Vi1
C
2.5 2.5
0 0
Vi Vi+1
CC
2.5
0
Vn1 Vn
CC
2.5
0
In
V1 Vi Vi+1
C
Vn1 Vn
CC
InReqReq Req Req
CC
(a)
(b)
C
Req Req
C C
Req
C C
Req Req
C C
Req
CIn
m
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VLSI Transístores de passagem 17Transístores de passagem 17
Optimização do atraso
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VLSI Transístores de passagem 18Transístores de passagem 18
Atraso de uma cadeia de portas de transmissão
16 portas de transmissão, 8 K, 3.6 fF : 2.7 ps
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VLSI Transístores de passagem 19Transístores de passagem 19
Exemplo adicional: somador completo
A
B
P
Ci
VDDA
A A
VDD
Ci
A
P
AB
VDD
VDD
Ci
Ci
Co
S
Ci
P
P
P
P
P
Sum Generation
Carry Generation
Setup
•Atrasos semelhantes para a soma e o transporte•Usa 24 transístores em vez de 28
S=XOR XORA , B ,C S=A B CAB CA BCABCC o=ABBCACG=ABD=A BP=XORA , BC oG , P =GPCS G ,P =XOR P ,C