Логические элементы с динамическим управлением. БиКМОП-схемы

Содержание

Слайд 2

Схемы с динамическим управлением – управляются только в течении разрешающего тактового

Схемы с динамическим управлением – управляются только в течении разрешающего тактового

сигнала (синхросигнала). В отсутствии такого сигнала схема не потребляет мощности от источника питания
Слайд 3

Проходные ключи Pass-gate logic

Проходные ключи
Pass-gate logic

Слайд 4

Включение n-канального транзистора в проходном ключе UВЫХ = UИ = 0

Включение n-канального транзистора в проходном ключе

UВЫХ = UИ = 0 –

в начальный момент времени, UВХ = UС
1. При ϕ = UЗ = 0 UЗИ = 0 < UПОРn – тр. в отсечке (Z-состояние на выходе)
2. При ϕ = UЗ = UИП если UЗИ = UИП - UВЫХ > UПОРn (UВЫХ < UИП - UПОРn) – тр. открыт:
а) если UВХ = 0, то тр. открыт (UСИ = UВХ - UВЫХ = 0 < UЗИ - UПОРn = UИП - UПОРn ) и
находится в крутой обл. nМДП передает “0” без искажений
б) если UВХ = UИП, то тр. открыт, пока UВЫХ < UИП – UПОРn
UВЫХ растет и при UВЫХ = UИП – UПОРn – тр. закрывается
nМДП искажает амплитуду “1”
Слайд 5

Включение p-канального транзистора в проходном ключе 1. При UЗ = UИП

Включение p-канального транзистора в проходном ключе

1. При UЗ = UИП UЗИ

= UИП > UПОРp – тр. в отсечке (Z-состояние на выходе)
2. При UЗ = 0 , если UВЫХ > IUПОРpI – тр. открыт:
а) если UВХ = UИП , то тр. открыт и находится в крутой обл.
pМДП передает “1” без искажений
б) если UВХ = 0, то тр. работает в пологой обл., пока открыт (UВЫХ > IUПОРpI )
UВЫХ падает и при UВЫХ = IUПОРpI – тр. закрывается
pМДП искажает амплитуду “0”
Слайд 6

Проходной ключ на КМДП-транзисторах Обратимые истоки-стоки

Проходной ключ на КМДП-транзисторах

Обратимые истоки-стоки

Слайд 7

Моделирование работы n- и p-МОП проходных ключей (Verilog, Швец А.В.)

Моделирование работы n- и p-МОП проходных ключей (Verilog, Швец А.В.)

Слайд 8

Схемные обозначения классического проходного ключа Достоинства: высокое быстродействие (меньше элементов) малая

Схемные обозначения классического проходного ключа

Достоинства:
высокое быстродействие (меньше элементов)
малая площадь (меньше элементов,

не нужно масштабировать транзисторы)
низкая потребляемая мощность
двунаправленность передачи информации
возможность реализации Z-состояния
возможность синхронизации блоков

Недостатки:
вентили не имеют усиления по мощности
с ростом числа вентилей увеличиваются искажения сигналов
необходима предустановка (предзаряд) перед началом работы

Слайд 9

Регистр сдвига на проходных ключах Количество инверторов – четное ! Запоминающий конденсатор Выходной усилитель (статический инвертор)

Регистр сдвига на проходных ключах

Количество инверторов – четное !

Запоминающий конденсатор

Выходной усилитель

(статический инвертор)
Слайд 10

Примеры логических схем на проходных ключах (источник – Угрюмов) Меньше транзисторов, чем в КМОП

Примеры логических схем на проходных ключах
(источник – Угрюмов)

Меньше транзисторов, чем в

КМОП
Слайд 11

? Запишите выражения для функций F1 и F2, реализуемых на проходных

? Запишите выражения для функций F1 и F2, реализуемых на проходных

ключах, в соответствии со схемой ниже

Примеры логических схем на проходных ключах

? Сколько потребовалось бы транзисторов в КМОП

Слайд 12

Мультиплексоры. Логическая функция мультиплексора 2 в 1: С = B S

Мультиплексоры. Логическая функция мультиплексора 2 в 1: С = B S

+ AS

Примеры логических схем на проходных ключах

? Сколько потребовалось бы транзисторов в КМОП

Слайд 13

Примеры логических схем на проходных ключах Одноразрядный сумматор

Примеры логических схем на проходных ключах

Одноразрядный сумматор

Слайд 14

Логические элементы с динамическим управлением – Инвертор К2МДП (C2MOS – Clocked

Логические элементы с динамическим управлением – Инвертор К2МДП (C2MOS – Clocked CMOS)

Искажения

лог. функций меньше, чем в элементе на проходных ключах (напрямую подключены к питающим шинам).
Сравниваем с КМОП:
- синхронизируемая
- есть Z-состояние
- площадь больше
Слайд 15

Схема регистра сдвига на динамических элементах

Схема регистра сдвига на динамических элементах

Слайд 16

Логические элементы с динамическим управлением – Схемы типа «домино» Последовательность этапов:

Логические элементы с динамическим управлением – Схемы типа «домино»

Последовательность этапов:
1. При

ϕ = “0” С заряжается до UИП, это предзаряд. На выходной емкости С через открытый транзистор Тр записывается уровень UИП: UC = “1”, Uвых = “0”.
2. В блок n-канальных транзисторов поступают логические сигналы, установка входных переменных.
3. Поступает сигнал ϕ = ”1”, емкость С или разряжается через открытые транзисторы комбинационной группы и нижний n-МДП-транзистор, или сохраняет высокий потенциал.

? Экономия по площади по сравнению с КМОП.
Когда выгодно 2N ------ N+2+2, площадь pМОП минимальна (NOR)

+ малые нагрузочные емкости ---быстродействие

Слайд 17

Домино «2И» (источник – Ракитин) a – цепочка домино вентилей; б

Домино «2И» (источник – Ракитин)

a – цепочка домино вентилей; б – временная

диаграмма

Напоминает падение вертикально поставленных фишек домино

Слайд 18

Достоинства и недостатки логических элементов с динамическим управлением (по сравнению с

Достоинства и недостатки логических элементов с динамическим управлением (по сравнению с КМОП)

Достоинства:
возможность

хранения информации
возможность синхронизации различных блоков
требуют меньше элементов при выполнении сложных функций
низкая потребляемая мощность (исключаются сквозные токи)
Недостатки:
вентили не имеют усиления по мощности
часто необходима предустановка (предзаряд) перед началом работы
деградация выходного сигнала

? Быстродействие ---- синхронизация

Слайд 19

БиКМОП – инвертор (BiCMOS) Достоинства: БТ – быстродействие, нагрузочная способность, КМОП

БиКМОП – инвертор (BiCMOS)

Достоинства:
БТ – быстродействие, нагрузочная способность,
КМОП – потребляемая мощность
Недостатки:
Сложность

изготовления, стоимость

НАР

НАР

Зарядка и разрядка в βN+1 раз быстрее, чем в классическом КМОП

Технология изготовления ИС с использованием БТ и КМОПТ на одном кристалле. Логические элементы выполнены по КМОП-технологии, а выходные каскады - на биполярных элементах.

U1вых = UИП – UБЭ3 ~ 4 В (при Uп=5В)
U0вых ~ 0.2 - 0.4 В

Пренебрегаем малым сопротивлением открытого канала МОПТ

Wn~20 мкм

Wp~30 мкм

βN ~ 40-50 – латеральные БТ

Слайд 20

Модификация БиКМОП-схемы (BiCMOS) БиКМОП-схемы используют как буферные каскады при работе на

Модификация БиКМОП-схемы (BiCMOS)

БиКМОП-схемы используют как буферные каскады при работе на большие

емкостные нагрузки (до 100 пФ)

БиКМОП-схемы не могут использоваться при Vdd<1.8В (т.к. БТ имеют фиксированное напряжение включения).
Пороговые напряжения КМОП-схем можно уменьшать до 0.3В при комнатной температуре

Слайд 21

В чем преимущество схемы справа?

В чем преимущество схемы справа?

Слайд 22

Другая модификация БиКМОП-схемы Т1, Т2 – инвертор в КМОП-базисе Т3 – n-канальная часть инвертора в КМОП-базисе

Другая модификация БиКМОП-схемы

Т1, Т2 – инвертор в КМОП-базисе
Т3 – n-канальная часть

инвертора в КМОП-базисе
Слайд 23

Принцип построения БиКМОП-вентилей

Принцип построения БиКМОП-вентилей

Слайд 24

Сравнение передаточных характеристик КМОП и БиКМОП Логический перепад КМОП: Vdd=3.3В БиКМОП: Vdd-2VBEA=1.9В

Сравнение передаточных характеристик КМОП и БиКМОП

Логический перепад
КМОП: Vdd=3.3В
БиКМОП: Vdd-2VBEA=1.9В

Слайд 25

Подготовка к КР №1 1

Подготовка к КР №1

1

Слайд 26

Подготовка к КР №1 2

Подготовка к КР №1

2

Слайд 27

Подготовка к КР №1 3

Подготовка к КР №1

3

Слайд 28

Подготовка к КР №1 4 ТТЛ с простым и сложным выходным

Подготовка к КР №1

4

ТТЛ с простым и сложным выходным каскадом, ТТЛШ.
Логическая

функция.
Передаточная характеристика.
Что влияет на логические уровни.
Слайд 29

Подготовка к КР №1 5 Упростить логическую функцию (4-х входовую) с помощью карты Карно.

Подготовка к КР №1

5

Упростить логическую функцию (4-х входовую) с помощью карты

Карно.
Слайд 30

Подготовка к КР №1 6 Определить логическую функцию схемы на nМОП-транзисторах

Подготовка к КР №1

6

Определить логическую функцию схемы на nМОП-транзисторах с линейной

нагрузкой. Рассчитать лучший и худший случай по эквивалентной крутизне.