交换层次的模型

1、第第 十一十一 章章交換層次的模型交換層次的模型(Switch-Level Modeling)(Switch-Level Modeling)11.111.1交換層次的元件交換層次的元件(Switch-Modeling Elements)(Switch-Modeling Elements)11.1.1 11.1.1 金氧半導體式的開關 一般來說金氧半導體有兩種形式，分別是n型通道金氧半導體與p型通道互補式金氧半導體，分別以關鍵字nmos與pmos來作為代表。我們通常以底下兩個符號來分別表示這兩者。 N-通道金氧半導體 P-通道金氧半導體 圖11-1 N-通道金氧半導體與P-通道金氧半導體 11.

2、1.2 11.1.2 互補式金氧半導體互補式金氧半導體開關開關(CMOS)(CMOS)一般來說，我們以關鍵字cmos來代表互補式金氧半導體開關。一個cmos應該由nmos 與pmos所組合而成。如圖11-2。 圖11-2 CMOS開關11.1.311.1.3雙向開關雙向開關N型半導體、P型半導體與互補式型半導體，都是將源端導通至目的端。所以要能處理一個雙向開關，使得元件的兩端都有可能是源端，就是一個值得注意的問題。在Verilog語言中，我們使用三個關鍵字來處理，分別是tran、tranif0與tranif1。 trantranif1tranif0圖11-3 雙向開關inout1inout1i

3、nout1inout2inout2inout2controlcontrol11.1.5 11.1.5 電阻式開關電阻式開關一般來說這兩種模式的開關，有沒有電阻值的設定，有兩個很重要的不同：一、是它們的源端到目的端的阻抗不同。二、處理通過訊號的方式。電阻性開關有著較大的源端到目的阻抗值，理想開關通常有著近乎零的阻抗值。電阻性開關會降低通過訊號的強度，而理想開關則不會有這種情況發生，如表11-2可以看到訊號被降低的情況。輸入強度輸入強度輸出強度輸出強度 supplyPullStrongPullPullWeakWeakMediumLargeMediumMediumSmallSmallSmallhig

4、hhigh表11-2訊號強度衰減對照表11.1.611.1.6在開關中的延遲設定在開關中的延遲設定半導體與互補式金氧半導體開關部份 同於一般的線路設計，我們一樣可以在開關中給予延遲時間設定，延遲的時間可以是有值或是無值(延遲時間為零)，也可以分成上升延遲、下降延遲與關閉延遲，也同樣有一、二、三種值的指定方法。如表11-3，列出這一些可能的設定方式。開關型態開關型態延遲設定種類延遲設定種類範例範例Pmos,nmos,rpmos,rnmos無值(不延遲)一個值(所有延遲型態延遲值都一樣)二個值(上升延遲與下降延遲)三個值(上升延遲、下降延遲與關閉延遲)Pmos p1 (out,data,contr

5、ol);Pmos #(1)(out,data,control);Nmos #(1,2)p2(out,data,control);Nmos #(1,2,3)p2(out,data,control)Cmos,rcmos同上Cmos #(5)c2(out,data,nctrl,pctrl);Cmos #(1,2)c1(out,data,nctrl,pctrl);表11-3 延遲時間設定與半導體與互補式半導體開關的關係雙向開關部份 雙向開關並不像其他開關種類，一般來說它應該只有開啟延遲與關閉延遲這兩種延遲時間。所以它的描述方式只有三種：無延遲值、一個延遲值(開啟與關閉共用)、兩個延遲值。開關種類開關種

6、類延遲設定延遲設定範例範例Tran,rtran無延遲設定tranif1, rtranif1,tranif0,rtranif0無延遲值一個延遲值(開啟與關閉共用)兩個延遲值(分別針對開啟與關閉)rtranif0 rt1(inout1,inout2,countrol);tranif0 #(3)(inout1,inout2,countrol);tranif1 #(1,2)t1(inout1,inout2,control);表11-4 延遲時間設定與雙向開關的關係11.2.111.2.1互補式金氧半導體互補式金氧半導體 非或非或(NOR)(NOR)邏輯閘邏輯閘在Verilog語言中，我們本來就擁有非或

7、邏輯閘，但是如果以交換層次的角度來看，會是如何?如圖11-4。圖11-4 Nor Gate與開關示意圖/定義這一個模組為my_normodule my_nor(out,a,b);output out;input a,b;/內部連線wire c;/設定電源端與接地端supply1 pwr;sopply0 gnd;/初始化開關pmos(c,pwr,b);pmos(out,c,a);nmos(out,gnd,a);nmos(out,gnd,b);endmodule結果輸出如下：0 OUT = 1, A = 0 , B = 05 OUT = 0, A = 0 , B = 110 OUT = 0, A

8、= 1 , B = 015 OUT = 0, A = 1 , B = 1如此一來，我們就定義好一個非或邏輯閘，若有需要，我們可以繼續定義所有相關的基本邏輯閘。11.2.2 211.2.2 2對對1 1多工器多工器我們將以互補式半導體的方式，來組合一個2對1多工器，我們也將利用前一個非或邏輯閘來做一個反閘，如圖11-5。 圖11-5 二對一多工器11.2.3 11.2.3 簡單的互補式電晶體正反器簡單的互補式電晶體正反器設計一個簡單的正反器，來儲存資料。與前面不同的是，這是一個與訊號位準有關的循序電路，而非只是組合電路。如下圖11-6所示。圖11-6 CMOS正反器C1與C2這兩個模組，使用前面解