nmos και cmos - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη...
TRANSCRIPT
![Page 1: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/1.jpg)
Διάλεξη
11
Πολυσύνθετες
πύλες NMOS και
CMOS
![Page 2: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/2.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Δομή
της
διάλεξηςΔομή
της
διάλεξης
ΕισαγωγήΗ σύνθετη λογική NMOSΗ σύνθετη λογική CMOSΗ πύλη μετάδοσης CMOSΑσκήσεις
2
![Page 3: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/3.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
ΕισαγωγήΕισαγωγή
3
Πολυσύνθετες
πύλες
NMOS και
CMOS
![Page 4: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/4.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Στη λογική MOS υπάρχει η δυνατότητα να συνδυάζονται άμεσα πύλες NAND καιNOR για την υλοποίηση πιο σύνθετων διατάξεων
Βασικό πλεονέκτημα σε σχέση με άλλους τύπους διπολικής λογικήςΗ δομή της βασικής λογικής πύλης CMOS:
Εκτός από τη βασική δομή (είναι στατική δομή) υπάρχουν και άλλες εξελιγμένεςMOS λογικές δομές (στατικές ή δυναμικές). Στη διάλεξη αυτή θα γίνει αναφοράστην Pass Transistor Logic που βασίζεται στην πύλη μετάδοσης
ΕισαγωγήΕισαγωγή
4
![Page 5: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/5.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
σύνθετη
λογική
NMOSΗ
σύνθετη
λογική
NMOS
5
Πολυσύνθετες
πύλες
NMOS και
CMOS
![Page 6: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/6.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
σύνθετη
λογική
NMOSΗ
σύνθετη
λογική
NMOS
Μια σύνθετη λογική πύλη NMOS με φορτίο τύπου αραίωσης:
6
Σε
αντίθεση
με
τη
λογική
πύλη
CMOS, εδώ
δεν
υπάρχει
δικτύωμα
μεταγωγής
PMOS, αλλά
ένα
φορτίο
τύπου
αραίωσης
![Page 7: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/7.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
σύνθετη
λογική
NMOSΗ
σύνθετη
λογική
NMOS
Η έξοδος Y θα είναι σε χαμηλήκατάσταση όποτε αναπτύσσεται αγώγιμηδιαδρομή διαμέσου του δικτυώματος τωντρανζίστορ μεταγωγήςΗ τάση εξόδου θα είναι χαμηλή ανοποιαδήποτε από τις ακόλουθεςδιαδρομές είναι αγώγιμη: Α ή BC (Β καιC) ή BD (B και D)Οπότε:
7
( )
Y A BC BD
Y A BC BD
Y A B C D
= + +
= + +
= + +
![Page 8: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/8.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
σύνθετη
λογική
NMOSΗ
σύνθετη
λογική
NMOS
Αναστροφέας Αναφοράς:
Διαστασιολόγηση με βάση τη χείριστηπερίπτωση:
ΜΑ: πρέπει να είναι ικανό να διατηρεί μόνο τουτην VOL όταν είναι το μόνο στοιχείο που άγειW/L=2.06/1MB, MC, MD: στη χείριστη περίπτωση υπάρχουνδύο τρανζίστορ σε σειρά (MB σε σειρά είτε μεMC είτε με MD) W/L=4.12/1ΜL: μένει το ίδιο
8
![Page 9: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/9.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Παράδειγμα
1Παράδειγμα
1
Συνάρτηση εξόδου:
Διαστασιολόγηση με δύο τρόπους1ος τρόπος:
Χείριστη διαδρομή = CDB, τρία τρανζίστορ σε σειράκάθε τρανζίστορ τριπλάσιο από αυτό του
αντιστροφέα αναφοράς W/L=6.18/1Διαδρομή ΑΒ: το άθροισμα των Ron να είναι ίσο μετην Ron του ΜS του αντιστροφέα αναφοράς:
(W/L)A=3.09/19
( )
Y AB CDB
Y AB CDB
Y A CD B
= +
= +
= +
,6.18 2.06
on on on on on on
A B S A
R R R R R RW W W WL L L L
+ = + =⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
![Page 10: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/10.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Παράδειγμα
1 –
Εναλλακτική
σχεδίασηΠαράδειγμα
1 –
Εναλλακτική
σχεδίαση
2ος τρόπος:Δύο υποδικτυώματα σε σειρά: το τρανζίστορB σε σειρά με τον παράλληλο συνδυασμό τωνA και CD
(W/L)Β=2(2.06/1)=4.12/1(W/L)Α+CD=2(2.06/1)=4.12/1
Επομένως:(W/L)Α=4.12/1(W/L)C=8.24/1(W/L)D=8.24/1
10
![Page 11: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/11.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Αν η μοναδιαία διάσταση αντιστοιχεί με το ελάχιστο χαρακτηριστικό μέγεθος FΕπιφάνεια 1ης σχεδίασης: 21.6F2
Επιφάνεια 2ης σχεδίασης: 24.7F2 14% περισσότερη επιφάνεια!!
Παράδειγμα
1 –
Σύγκριση
σχεδιάσεωνΠαράδειγμα
1 –
Σύγκριση
σχεδιάσεων
11
![Page 12: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/12.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Ιδιαίτερη
ΠερίπτωσηΙδιαίτερη
Περίπτωση
Υπάρχουν 4 αγώγιμες διαδρομές: ΑΒ ή CDB ή CE ήADE
Δεν διασπάται σε κλάδους σε σειρά και παράλληλαΔιαστασιολόγηση με προσέγγιση χείριστης περίπτωσης
CDB: 3 τρανζίστορ σε σειρά W/L=3(2.06/1)=6.18/1ADE: ομοίωςΈλεγχος ΑΒ και CE: (W/L)ΑΒ= (W/L)CE =3.09/1>2.06/1
VOL<0.25=VOL_refinv
Κατεύθυνση ρεύματος στο D ανάλογα με την ενεργήδιαδρομή
Τρανζίστορ MOS: συμμετρικό στοιχείοΓια NMOS: απαγωγός είναι ο ακροδέκτης με τη μεγαλύτερητάση και πηγή αυτός με τη μικρότερη
12
Y AB CDB CE ADE
Y AB CDB CE ADE
= + + +
= + + +
![Page 13: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/13.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
σύνθετη
λογική
CMOSΗ
σύνθετη
λογική
CMOS
13
Πολυσύνθετες
πύλες
NMOS και
CMOS
![Page 14: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/14.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Σχεδίαση
σύνθετης
πύλης
CMOSΣχεδίαση
σύνθετης
πύλης
CMOS
Λογική συνάρτηση:
Δίνεται το δικτύωμα NMOSΖητείται το δικτύωμα PMOSΤοπολογίαΔιαστασιολόγηση
14
Y A BC BD
Y A BC BD
= + +
= + +
![Page 15: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/15.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Εύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόποςΕύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόπος
Γραφικός τρόποςΚάθε κόμβος στο δικτύωμα NMOS αντιστοιχεί σε ένα κόμβο του γραφήματοςΠεριλαμβάνονται: κόμβος 0 για τη γείωση, κόμβος 2 για την έξοδοΚάθε NMOS αντιπροσωπεύεται από ένα τόξο
15
![Page 16: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/16.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Εύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόποςΕύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόπος
Τοποθέτηση νέου κόμβου μέσα σε κάθε κλειστή διαδρομή (κόμβοι 4 και 5)Συν δύο εξωτερικοί κόμβοι: ένας για την έξοδο, ένας για VDD (κόμβοι 2 και 3)Για κάθε NMOS τόξο, προσθέτουμε ένα PMOS τόξο (μαύρο χρώμα). Κάθε PMOS τόξο τέμνει έναNMOS τόξο (και αντιστοιχεί στην ίδια μεταβλητή εισόδου με το NMOS) και συνδέει το ζεύγοςκόμβων που χωρίζονται από το τόξο NMOSΑποτέλεσμα: ελάχιστο δικτύωμα PMOS με μόνο ένα τρανζίστορ PMOS ανά λογική είσοδο
16
![Page 17: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/17.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Εύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόποςΕύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόπος
17
![Page 18: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/18.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Εύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόποςΕύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόπος
Για κάθε τόξο στο γράφημα PMOSπροσθέτουμε ένα τρανζίστορ στοδικτύωμα μεταγωγής PMOS
18
![Page 19: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/19.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Εύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόποςΕύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
1ος
τρόπος
Αν οι κόμβοι 2 και 3 στο γράφημαPMOS αλλάξουν θέση, λαμβάνουμετη διπλανή εναλλακτική υλοποίηση
19
![Page 20: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/20.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Διαστασιολόγηση
PMOS
δικτυώματοςΔιαστασιολόγηση
PMOS
δικτυώματος
NMOSNMOS worst case: δύο MOS σε σειρά, άρα Β, C και D διπλάσια από τον αντιστροφέα αναφοράςΤο Α: ίδιο με αυτό του αντιστροφέα αναφοράς
PMOSPMOS worst case: τρία MOS σε σειρά, άρα Α, C και D τριπλάσια από τον αντιστροφέα αναφοράςΓια το B:
20
7.5,15 5 11 1
on on on
B
B
R R R WW LL
⎛ ⎞+ = =⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎝ ⎠⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
![Page 21: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/21.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Διαστασιολόγηση
PMOS
δικτυώματοςΔιαστασιολόγηση
PMOS
δικτυώματος
Διαστασιολόγηση τηςεναλλακτικής υλοποίησης
21
![Page 22: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/22.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Εύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
2ος
τρόποςΕύρεση
του
δικτυώματος
PMOS –
2ος
τρόπος
Το δικτύωμα PMOS προκύπτει από τοδικτύωμα NMOS με διαδοχική εφαρμογή τουκανόνα μετασχηματισμού σε σειρά / παράλληλα
Το δικτύωμα NMOS έχει δύο παράλληλουςκλάδους: το Α και τα BCDΆρα το δικτύωμα PMOS έχει δύο δικτυώματα σεσειρά: Το Α σε σειρά με το δικτύωμα των BCDΣτο NMOS είναι B σε σειρά με τον παράλληλοσυνδυασμό των C και DΆρα στο PMOS: Β παράλληλα με τον εν σειράσυνδυασμό των C και D
Όταν υπάρχουν κλάδοι γεφύρωσης προκύπτουνπροβλήματα με αυτόν τον τρόπο
22
![Page 23: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/23.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Παράδειγμα
με
κλάδο
γεφύρωσηςΠαράδειγμα
με
κλάδο
γεφύρωσης
Λογική συνάρτηση:
Οι τοπολογίες NMOS καιPMOS σε αυτήν τηνπερίπτωση είναιπανομοιότυπες
23
Y AB CE CDB ADE= + + +
![Page 24: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/24.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Παράδειγμα
με
κλάδο
γεφύρωσηςΠαράδειγμα
με
κλάδο
γεφύρωσης
Η διαδρομή στη χειρότερη περίπτωση σε κάθε δίκτυοπεριλαμβάνει τρία στοιχεία σε σειρά, επομένως όλα τατρανζίστορ είναι τριπλάσιου μεγέθους από αυτά τουαντιστροφέα αναφοράς
24
Γράφημα
PMOS
δικτυώματος
![Page 25: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/25.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η πύλη μετάδοσης CMOSΗ πύλη μετάδοσης CMOS
25
Πολυσύνθετες
πύλες
NMOS και
CMOS
![Page 26: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/26.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η πύλη μετάδοσης CMOSΗ πύλη μετάδοσης CMOS
Χρήση σε αναλογική και ψηφιακή σχεδίασηΛειτουργία:
Για A=0 και το NMOS και το PMOS είναι offανοιχτοκύκλωμα
Για Α=1 η είσοδος και η έξοδος συνδέονταιδιαμέσου του παράλληλου συνδυασμού τωνRon των δύο MOS
αμφικατευθυντική ωμική σύνδεσηΚυκλωματικό σύμβολο πύλης μετάδοσης στοσχήμα (c)
26
![Page 27: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/27.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
Ron
της
πύλης
μετάδοσης
CMOS σε
αγωγήΗ
Ron
της
πύλης
μετάδοσης
CMOS σε
αγωγή
27
Η
Ron συμπεριλαμβανομένου
και
του
φαινόμενου
σώματος
(VTON
=0.75V, VTOP
=-0.75V, γ=0.5V0.5, 2φF
=0.6V, Kp
=10μΑ/V2, Kn
=25μΑ/V2
)
onp onnon EQ
onp onn
R RR R
R R= =
+
Η
Ron
μπορεί
να
ελαττωθεί
αυξάνοντας
τους
λόγους
W/L
των
τρανζίστορ
![Page 28: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/28.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Pass Transistor Logic (PTL)Pass Transistor Logic (PTL)
Οι διακόπτες του Switch Network μπορούν να υλοποιηθούν είτε ως απλέςNMOS πύλες μετάδοσης (δηλαδή μόνο NMOS τρανζίστορ), είτε ως πύλεςμετάδοσης CMOS (NMOS και PMOS παράλληλα)Όχι στατική κατανάλωση ισχύος
28
![Page 29: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/29.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
AND πύληAND πύλη
29
B
B
A
F = AB
0
![Page 30: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/30.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
XOR πύληXOR πύλη
30
F AB BA= +
![Page 31: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/31.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
MultiplexerMultiplexer
31
1 2F In S In S= ⋅ + ⋅
![Page 32: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/32.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Master-Slave D Flip-FlopMaster-Slave D Flip-Flop
Χρήση CMOS πυλών μετάδοσης για υλοποίηση Master-Slave D Flip-Flop
32
![Page 33: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/33.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
ΑσκήσειςΑσκήσεις
33
Πολυσύνθετες
πύλες
NMOS και
CMOS
![Page 34: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/34.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
1 –
Εκφώνηση
(προς
λύση)Άσκηση
1 –
Εκφώνηση
(προς
λύση)
34
Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται μια νέα σχεδίαση λογικής πύλης. Ναβρείτε τις VOL και VOH για τη σχεδίαση αυτή. (Βοήθημα: Για την VOL, σημειώστε ότι τα ρεύματα απαγωγού των MN και MP πρέπει να είναι ίσα, τοένα στοιχείο θα λειτουργεί στην γραμμική περιοχή, ενώ το άλλο στην περιοχήκορεσμού.)
![Page 35: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/35.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
2 –
Εκφώνηση
(προς
λύση)Άσκηση
2 –
Εκφώνηση
(προς
λύση)
35
Ποια είναι η λογική συνάρτηση που υλοποιείται με τηνπύλη του διπλανού σχήματος;Ποιοι είναι λόγοι W/L για τα τρανζίστορ, με βάση τησχεδίαση του αντιστροφέα αναφοράς του παρακάτωσχήματος;
![Page 36: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/36.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
3 – Εκφώνηση
(προς
λύση)Άσκηση
3 – Εκφώνηση
(προς
λύση)
36
Ποια είναι η λογική συνάρτηση πουυλοποιείται με την πύλη του παρακάτωσχήματος;Ποιοι είναι οι λόγοι W/L για τα τρανζίστορ, ανη πύλη πρόκειται να καταναλώσει τριπλάσιαισχύ από τον αντιστροφέα αναφοράς τηςάσκησης 2;
![Page 37: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/37.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
4 –
Εκφώνηση
(προς
λύση)Άσκηση
4 –
Εκφώνηση
(προς
λύση)
Να σχεδιάσετε μια πύλη με φόρτο τύπου αραίωσης που ναυλοποιεί τη λογική συνάρτηση
με
βάση
τη
σχεδίαση
του
αντιστροφέα
αναφοράς
της
άσκησης
2.
37
( )Y A B C D E⎡ ⎤= + +⎣ ⎦
![Page 38: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/38.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
5 – ΕκφώνησηΆσκηση
5 – Εκφώνηση
38
Ποιά είναι η λογική συνάρτηση πουυλοποιείται από την πύλη τουδιπλανού σχήματος; Να σχεδιάσετε το δικτύωμα transistorΝMOS. Να επιλέξετε τα μεγέθη τωνεξαρτημάτων και για τα transistorNMOS και για τα transistor PMOS, ώστε να πάρετε μία καθυστέρησηπαρόμοια με εκείνη ενός αντιστροφέαCMOS.
AB
CD
OUT
VDD
E
F
![Page 39: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/39.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
5 –
ΛύσηΆσκηση
5 –
Λύση
39
Η συνάρτηση που υλοποιεί η πύλη είναι: Y=((A*B)+(C*D)+(E*F))Ο λόγος (W/L)N σε ένα αναστροφέα είναι 2. Συνεπώς στην συγκεκριμένη πύληπρέπει να είναι 2Χ2=4.Ο λόγος (W/L)P σε ένα αναστροφέα είναι 5. Συνεπώς στην συγκεκριμένη πύληπρέπει να είναι 5Χ3=15.
![Page 40: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/40.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
6 – ΕκφώνησηΆσκηση
6 – Εκφώνηση
40
Ποιοι είναι οι χρόνοι ανόδου καικαθόδου και η μέση καθυστέρησημετάδοσης στη χειρότερη περίπτωση, για την πύλη CMOS του διπλανούσχήματος, για μία χωρητικότηταφόρτου ίση με 1.25 pF;
2/1
4/1
4/1 4/1
15/1
15/1
15/1
7.5/1
ABCD
OUT
VDD
![Page 41: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/41.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
6 – ΛύσηΆσκηση
6 – Λύση
41
Στην χειρότερη περίπτωση το ισοδύναμο (W/L)N είναι 2 και τοισοδύναμο (W/L)P είναι 5Από την εξίσωση 8.14 (Μικροηλεκτρονική, Richard C. Jaeger, σελ.445) έχουμε:
ns
nsns
053.82
053.8,053.8
PLHPHLP
PLH
PHL
=+
=
==
τττ
ττ
![Page 42: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/42.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
7 – ΕκφώνησηΆσκηση
7 – Εκφώνηση
42
Ποιά είναι η λογική συνάρτηση πουυλοποιείται από την πύλη του διπλανούσχήματος;Να σχεδιάσετε το δικτύωμα transistorPMOS. Να επιλέξετε τα μεγέθη τωνεξαρτημάτων και για τα transistor NMOS και για τα transistor PMOS, ώστε ναπάρετε μία καθυστέρηση παρόμοια μεεκείνη ενός αναστροφέα CMOS.
AB
CD
OUT
VDD
EF
![Page 43: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/43.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
7 – ΛύσηΆσκηση
7 – Λύση
43
Η συνάρτηση που υλοποιεί η πύλη είναι: Y=NOT((A+B)*(C+D)*(E+F))Ο λόγος (W/L)N σε ένα αναστροφέα είναι 2. Συνεπώς στην συγκεκριμένη πύληπρέπει να είναι 2Χ3=6.Ο λόγος (W/L)P σε ένα αναστροφέα είναι 5. Συνεπώς στην συγκεκριμένη πύληπρέπει να είναι 5Χ2=10.
![Page 44: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/44.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
8 – ΕκφώνησηΆσκηση
8 – Εκφώνηση
44
Να σχεδιάσετε τη CMOS πύλη που υλοποιεί τη συνάρτηση
χρησιμοποιώντας τη γραφική μέθοδοX = (A+B)•(C+D)
![Page 45: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/45.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Άσκηση
8 – ΛύσηΆσκηση
8 – Λύση
45
ABCD
C
A B
X = (A+B)•(C+D)
B
A
D
C
D
X VDD
X
GND
AB
C
PUN
PDN
D
![Page 46: NMOS και CMOS - apel.ee.upatras.gr”ιάλεξη 11... · Σε αντίθεση με τη λογική πύλη cmos, εδώ δεν υπάρχει δικτύωμα μεταγωγής](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012921/5d2fb62c88c99331798de20a/html5/thumbnails/46.jpg)
Ψηφιακά Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Συστήματα 2008 – Καθηγητής Κωνσταντίνος Ευσταθίου
Η
διάλεξη
έγινε
στο
πλαίσιο
του
προγράμματος
EΠΕΑΕΚ
II
από
το
μεταπτυχιακό
φοιτητή
Παπαμιχαήλ
Μιχαήλ
για
το
μάθημα
Ψηφιακά
Ολοκληρωμένα
Κυκλώματα
και
Συστήματα
Καθηγητής
Κωνσταντίνος
Ευσταθίου
©2008
Η
διάλεξη
έγινε
στο
πλαίσιο
του
προγράμματος
EΠΕΑΕΚ
II
από
το
μεταπτυχιακό
φοιτητή
Παπαμιχαήλ
Μιχαήλ
για
το
μάθημα
Ψηφιακά
Ολοκληρωμένα
Κυκλώματα
και
Συστήματα
Καθηγητής
Κωνσταντίνος
Ευσταθίου
©2008
46
Πανεπιστήμιο
Πατρών, Πολυτεχνική
Σχολή
Τμήμα
Ηλεκτρολόγων
Μηχανικών
& Τεχνολογίας
Υπολογιστών
Τομέας
Ηλεκτρονικής
& Υπολογιστών, Εργαστήριο
Ηλεκτρονικών
Εφαρμογών