cmos集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-數(shù)字集成電路基礎(chǔ)-展示頁
2024-07-30 18:10本頁面
【正文】 Uo升至 (UGUTH)時(shí)， 輸出端溝道也被夾斷， 導(dǎo)致 NMOS管截止， 從而使輸出電壓 Uo維持在(UGUTH)不變。 (2) 當(dāng) UG=“1”(UDD)時(shí)， NMOS管導(dǎo)通 (開關(guān)合上 )， 此時(shí)視 Ui的大小分兩種情況： ① UiUGUTH(UTH為 NMOS管閾值電壓 )， 輸入端呈開啟狀態(tài)， 設(shè) Uo初始值為零， 則 Ui剛加上時(shí)， 輸出端也呈開啟狀態(tài)， NMOS管導(dǎo)通， 溝道電流對(duì)負(fù)載電容充電， 直至Uo=Ui。 峰值功耗（確定電源線尺寸）、平均功耗（確定冷卻、對(duì)電池要求） 動(dòng)態(tài)功耗（翻轉(zhuǎn)功耗）、靜態(tài)功耗（漏電功耗） 傳播延時(shí)與功耗的關(guān)系：功耗延時(shí)積、能量延時(shí)積 一階 RC電路的延時(shí) tp =ln (2) τ = RC 這一模型可以用來模擬反相器延時(shí) 一階 RC電路的能耗 ?? ? ??????ddV02ddLoutLdds u p p l yT0T0dd10 VCdVCV(t )d tiVP (t )d tE?? ? ?????ddV02ddLoutoutLc a pT0T0outc a pc a p VC21dVVC(t )d tiV(t )d tPEMOS開關(guān)及 CMOS傳輸門 單管 MOS開關(guān) NMOS單管開關(guān) NMOS單管開關(guān)電路如圖所示， CL為負(fù)載電容， UG為柵電壓， 設(shè) “ 1” 表示 UG=UDD， “0”表示 UG=0(接地 )。 可靠性 ― 數(shù)字集成電路中的噪聲 噪聲來源： （ 1）串?dāng)_（ 2）電源與地線噪聲（ 3）干擾（ 4）失調(diào)應(yīng)當(dāng)區(qū)分： （ 1）固定噪聲源（ 2）比例噪聲源 浮空節(jié)點(diǎn)比由低阻抗電壓源驅(qū)動(dòng)的節(jié)點(diǎn)更易受干擾 設(shè)計(jì)時(shí)總的噪聲容限分配給所預(yù)見的噪聲源 高電平噪聲容限 低電平噪聲容限 最低輸入高電平（ VIHmin） 最低輸出高電平（ VOHmin） 最高輸入低電平（ VILmax） 最高輸出低電平（ VOLmax） 高電平噪聲容限 (NMH) ＝ VOHmin － VIHmin 低電平噪聲容限 (NML) ＝ VILmax － VOLmax 理想邏輯門 Ri =∞ Ro =0 Fanout =∞ NMH = NML = VDD/2 （ 3） 邏輯門的 “ 單向性 ” ：輸出電平的變化不應(yīng)出現(xiàn)在任何一個(gè)輸入上但實(shí)際情況在輸出與輸入之間總有反饋。 （ 2） 噪聲容限 ：芯片內(nèi)外的噪聲會(huì)使電路的響應(yīng)偏離設(shè)計(jì)的期望值（電感、電容耦合，電源與地線的噪聲）。CMOS集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ) － 數(shù)字集成電路基礎(chǔ) 對(duì)邏輯門的基本要求 1） 魯棒性 （用靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)行為來表示） 靜態(tài)特性常常用電壓傳輸特性（ VTC） 來表示即輸出與輸入的關(guān)系），傳輸特性上具有一些重要的特征點(diǎn)。 邏輯門的功能會(huì)因制造過程的差異而偏離設(shè)計(jì)的期望值 。一個(gè)門對(duì)于噪聲的敏感程度由 噪聲容限表示。（如密勒效應(yīng)） （ 4）邏輯門的 扇出 （ Fanout) 和邏輯門的 扇入 （ Fanin） （ 5）邏輯門的 面積與復(fù)雜性 （集成度與速度） （ 6） 動(dòng)態(tài)性能 （由動(dòng)態(tài)或瞬態(tài)響應(yīng)來決定） 上升時(shí)間、下降時(shí)間（ tr ， tf ） 傳播時(shí)間（ tPHL ， tPLH ， tP） 一個(gè)門的傳播時(shí)間與扇出和扇入數(shù)有關(guān) 測(cè)量門的延時(shí)可以用環(huán)型振蕩器電路（一般至少五級(jí)反相器）實(shí)際電路的最高工作頻率比環(huán)振測(cè)得的低 50100倍 延時(shí)的定義 環(huán)型振蕩器 （ 7） 邏輯門的功耗 瞬時(shí)功耗 : p(t) =v(t)i(t) =Vsupplyi(t) 峰值功耗 : Ppeak =Vsupplyipeak 平均功耗 : ?? ?? ?? Ttt su pp lysu pp lyTttav e (t)dtiTVp(t)dtT1P功率延時(shí)積 功率延時(shí)積 （ PDP） =E=每操作消耗的能量 =Pav tp 能量延時(shí)積 能量延時(shí)積 （ EDP） =門的品質(zhì)（度量）因子 = E tp 功（熱）耗對(duì)設(shè)計(jì)的要求： 功耗影響設(shè)計(jì)：封裝、冷卻、電源線尺寸、電源容量、集成度 功耗影響電路的可行性、成本、可靠性。 Ui U oCLUG( a )UiUo0 0 ( 理想 0)1 1 ( 非理想 1)( b )110UG( c )011Uo/( UG－ UTH)UG－ UTHUi / ( UG－ UTH)(a) 電路； (b) 等效開關(guān)； (c) 傳輸特性 (1) 當(dāng) UG=“0”(接地 )時(shí)， NMOS管截止 (開關(guān)斷開 )， 輸出 Uo=0。 ② UiUGUTH， 輸入端溝道被夾斷， 此時(shí)若 Uo初始值小于 (UGUTH)， 則輸出端溝道存在， NMOS管導(dǎo)通， 溝道電流對(duì) CL充電， Uo上升。 若此時(shí) Ui=UG=UDD， 則輸出電壓 Uo為 Uo=UGUTH=UiUTH=UDDUTH PMOS單管開關(guān) PMOS單管開關(guān)電路如圖所示， 其襯底接 UDD。 (2) 當(dāng) UG=“0”(接地， 低電平 )時(shí)， PMOS管導(dǎo)通， 視 Ui的大小不
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