L’invertitore Circuiti Integrati Digitali L’ottica del progettista EE141 Circuiti Integrati Digitali L’ottica del progettista Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic L’invertitore

L’invertitore CMOS: circuito out C L DD

L’invertitore CMOS: layout N Well V DD PMOS 2l Contatti Out In Metal 1 Polisilicio NMOS massa

Due invertitori in cascata Linea di alimentazine comune Interconnessione uscita-ingresso Linea di massa comune

Invertitore CMOS Analisi DC al primo ordine DD in = out R n p VOL = 0 VOH = VDD

Caratteristica di trasferimento statica (VTC)

Curva di carico del PMOS in out C L DD Curva di carico del PMOS V =Vdsn out I Dn V in = V DD +V GSp I Dn = - I Dp out DSp V DSp I Dp GSp =-2.5 =-1 V DSp I Dn in =0 =1.5 V out I Dn in =0 =1.5 V in = V DD +V GSp I Dn = - I Dp V out = V DD +V DSp

Punti operativi di un invertitore CMOS Vout In=-Ip Vin Vdd Vout nMos off, pMos lin nMos sat, pMos sat nMos sat, pMos lin nMos off, pMos lin nMos lin, pMos off

Affidabilità e robustezza: disturbi nei circuiti integrati digitali EE141 Affidabilità e robustezza: disturbi nei circuiti integrati digitali v ( t ) V DD i ( t ) accoppiamento induttivo accoppiamento capacitivo Disturbi dalle linee di massa e alimentazione

Caratteristiche statiche: Caratteristica di trasferimento statica EE141 Caratteristiche statiche: Caratteristica di trasferimento statica V(x) V(y) V OH OL M f V(y)=V(x) Soglia logica Livelli nominali di tensione VOH = f(VOL) VOL = f(VOH) VM = f(VM)

Corrispondenza tra segnali analogici e digitali EE141 Corrispondenza tra segnali analogici e digitali V IL IH in guadagno = -1 OL OH out V “ 1 ” OH V IH Regione di transizione V IL “ ” V OL

Definizione dei margini di rumore EE141 Definizione dei margini di rumore "1" V OH Margine di rumore alto NM H V IH Regione di transizione NM V L Margine di rumore basso IL V OL "0" Uscita della porta Ingresso della porta logica

Porta non rigenerativa EE141 v 1 2 3 4 5 6 Porta rigenerativa Porta non rigenerativa

Proprietà rigenerativa EE141 Proprietà rigenerativa v 1 2 3 4 5 6 Catena di invertitori Risposta simulata

Andrea Gerosa - gerosa@dei.unipd.it Elettronica Digitale Invertitore CMOS Simulazioni Andrea Gerosa - gerosa@dei.unipd.it Tel. 049-827-7728

Configurazione di base Ln=Lp=0.35mm Wn=0.7mm b=Wp/Wn=2.5 VDD=3.3V CL (estrinseca)=50fF

Caratteristica statica Corrente nei MOS massima per Vin=VM

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

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

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

Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro Diversi valori di Vin

Variazione di Wn e Wp (b costante) Lievissima variazione di VM (effetti del secondo ordine) Variazione della corrente proporzionale ai W

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

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

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

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

Effetto delle variazioni di processo 0.5 1 1.5 2 2.5 V in (V) out PMOS veloce NMOS lento NMOS veloce PMOS lento Nominale