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© Circuiti Integrati Digitali L’invertitore L’invertitore Circuiti Integrati Digitali L’ottica del progettista Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje.

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1 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore L’invertitore Circuiti Integrati Digitali L’ottica del progettista Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic

2 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore L’invertitore CMOS: circuito V in V out C L V DD

3 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore L’invertitore CMOS: layout Polisilicio In Out V DD massa PMOS 2 Metal 1 NMOS Contatti N Well

4 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Due invertitori in cascata Interconnessione uscita-ingresso Linea di alimentazine comune Linea di massa comune

5 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Invertitore CMOS Analisi DC al primo ordine V OL = 0 V OH = V DD V DD V V in = V DD V in = 0 V out V R n R p

6 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Caratteristica di trasferimento statica (VTC)

7 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Curva di carico del PMOS V DSp I Dp V GSp =-2.5 V GSp =-1 V DSp I Dn V in =0 V in =1.5 V out I Dn V in =0 V in =1.5 V in = V DD +V GSp I Dn = - I Dp V out = V DD +V DSp V =Vdsn out I Dn V in = V DD +V GSp I Dn = - I Dp V out = V DD +V DSp V in V out C L V DD

8 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore nMos off, pMos lin Punti operativi di un invertitore CMOS Vout In=-Ip Vdd Vin Vout nMos off, pMos lin nMos lin, pMos off nMos sat, pMos lin nMos sat, pMos sat

9 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Affidabilità e robustezza: disturbi nei circuiti integrati digitali i(t) accoppiamento induttivo accoppiamento capacitivo Disturbi dalle linee di massa e alimentazione v (t) V DD

10 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Caratteristiche statiche: Caratteristica di trasferimento statica V(x) V(y) V OH V OL V M V OH V OL f V(y)=V(x) Soglia logica Livelli nominali di tensione V OH = f(V OL ) V OL = f(V OH ) V M = f(V M )

11 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Corrispondenza tra segnali analogici e digitali V IL V IH V in guadagno = -1 V OL V OH V out “0” V OL V IL V IH V OH Regione di transizione “1”

12 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Definizione dei margini di rumore Margine di rumore alto Margine di rumore basso V IH V IL Regione di transizione "1" "0" V OH V OL NM H L Uscita della porta Ingresso della porta logica

13 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Porta rigenerativa Porta non rigenerativa v 0 v 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v 6

14 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Proprietà rigenerativa Catena di invertitori v 0 v 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v 6 Risposta simulata

15 University of Padova Information Engineering Dept. - Microelectronics lab Elettronica Digitale Invertitore CMOS Simulazioni Andrea Gerosa - Tel

16 Configurazione di base L n =L p =0.35  m W n =0.7  m b=W p /W n =2.5 V DD =3.3V C L (estrinseca)=50fF

17 Caratteristica statica Corrente nei MOS massima per V in =V M

18 Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro Vin=1.55V

19 Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro Vin=1V

20 Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro Vin=2V

21 Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro Diversi valori di V in

22 Variazione di Wn e Wp (b costante) Lievissima variazione di V M (effetti del secondo ordine) Variazione della corrente proporzional e ai W

23 Variazione di Wn e Wp (b costante) Punto di lavoro (Vin costante a 1.55V)

24 Variazione di b (Wn costante) V M varia perché il punto di lavoro dipende da b (rapporto tra Wp e Wn): al diminuire di Wp, diminuisce V M Vin=1.55V

25 Variazione di b (Wn costante) Il punto di massima corrente varia (è V M ) Il valore massimo della corrente cresce al crescere di Wp

26 Variazione di Vdd La tensione per il valore logico alto e V M traslano rigidamente con Vdd La corrente diminuisce circa con il quadrata della diminuzione di Vdd

27 © Circuiti Integrati Digitali L’invertitore Effetto delle variazioni di processo V in (V) V out (V) PMOS veloce NMOS lento NMOS veloce PMOS lento Nominale


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