L’invertitore Circuiti Integrati Digitali L’ottica del progettista

Presentazione sul tema: "L’invertitore Circuiti Integrati Digitali L’ottica del progettista"— Transcript della presentazione:

1 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

2 L’invertitore CMOS: circuito
out C L DD

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

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

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

6 Caratteristica di trasferimento statica (VTC)

7 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

8 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

9 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

10 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)

11 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

12 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

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

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

15 Andrea Gerosa - gerosa@dei.unipd.it
Elettronica Digitale Invertitore CMOS Simulazioni Andrea Gerosa - Tel

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

17 Caratteristica statica
Corrente nei MOS massima per Vin=VM

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 Vin

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

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

24 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

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

26 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

27 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