深圳大学-数字集成电路(中文)第五章学习教案

1、会计学1深圳大学深圳大学-数字集成电路数字集成电路(jchng-dinl)(中文中文)第五章第五章第一页，共51页。VinVoutCLVDD第1页/共51页第二页，共51页。第2页/共51页第三页，共51页。多晶硅InOutVDDGNDPMOS2lMetal 1NMOSOutInVDDPMOSNMOS接触(jich)孔N 阱l第3页/共51页第四页，共51页。金属(jnsh)连接共享电源(dinyun)和地VDD第4页/共51页第五页，共51页。VOL = 0VOH = VDDVM = f(Rn, Rp)VDDVDDVin=VDDVin= 0VoutVoutRnRp第5页/共51页第六页，共5

2、1页。第6页/共51页第七页，共51页。第7页/共51页第八页，共51页。VDSpIDpVGSp=-2.5VGSp=-1VDSpIDnVin=0Vin=1.5VoutIDnVin=0Vin=1.5Vin = VDD+VGSpIDn = - IDpVout = VDD+VDSpVoutIDnVin = VDD+VGSpIDn = - IDpVout = VDD+VDSp第8页/共51页第九页，共51页。第9页/共51页第十页，共51页。第10页/共51页第十一页，共51页。tpHL = f(Ron.CL)= 0.69 RonCLVoutVoutRnRpVDDVDDVin=VDDVin=0(a)

3、Low-to-high(b) High-to-lowCLCL第11页/共51页第十二页，共51页。1001010.80.91.71.8MV (V)Wp/Wn第12页/共51页第十三页，共51页。第13页/共51页第十四页，共51页。第14页/共51页第十五页，共51页。VOHVOLVinVoutVMVILVIHA simplified approach第15页/共51页第十六页，共51页。第16页/共51页第十七页，共51页。第17页/共51页第十八页，共51页。00.511.522.500.511.522.5Vin (V)Vout(V)Gain=-1第1

4、8页/共51页第十九页，共51页。第19页/共51页第二十页，共51页。00.511.522.500.511.522.5Vin (V)Vout(V)Good PMOSBad NMOSGood NMOSBad PMOSNominal第20页/共51页第二十一页，共51页。第21页/共51页第二十二页，共51页。第22页/共51页第二十三页，共51页。tp = 0.69 CL (Reqn+Reqp)/2?tpHLtpLH第23页/共51页第二十四页，共51页。第24页/共51页第二十五页，共51页。第25页/共51页第二十六页，共51页。(固定(gdng)电阻)自载效应(xioyng):本征电容域

5、第26页/共51页第二十七页，共51页。tpLHtpHLtpb = Wp/Wn第27页/共51页第二十八页，共51页。第28页/共51页第二十九页，共51页。第29页/共51页第三十页，共51页。 最小器件尺寸(ch cun), L=0.25mm 假设 WP = 2WN 相同的上拉和下拉电流 等效电阻相同 RN = RP 上升tpLH 和下降 tpHL 延时相同 分析 RC 网络NrefNrefrefPrefPRWWRWWRR11tpHL = (ln 2) RNCLtpLH = (ln 2) RPCLDelay (D):2WWrefrefginCWWWC2Load for the next s

6、tage:第30页/共51页第三十一页，共51页。)/1 ()/1 (69. 0)(69. 0int0intintintCCtCCCRCCRtextpexteqexteqp第31页/共51页第三十二页，共51页。q晶体管尺寸如何影响(yngxing)门的性能q尺寸系数：S)/(1 ()/(1 (69. 0)/(1)()(/(69. 00inrefextpinrefextinrefrefinrefextinrefrefpSCCtSCCCRSCCSCSRt第32页/共51页第三十三页，共51页。/1/1/1000ftCCtCCttCCRDelaypgextpintextppextinteqCint

7、 = gCg with g 1（深亚微米(wi m)）f = CL/Cgin 等效扇出R = Rref/S ; Cint =SCreftp0 = 0.69RrefCref第33页/共51页第三十四页，共51页。第34页/共51页第三十五页，共51页。24681012142.83.8x 10-11Stp(sec)(固定(gdng)电阻)自载效应(xioyng):本征电容域第35页/共51页第三十六页，共51页。CL如果(rgu)CL确定: 反相器链是多少级时延时最短? 如何确定反相器链的尺寸?可能需要一些额外的约束InOut第36页/共51页第三十七页，共

8、51页。CLInOut12Ntp = tp1 + tp2 + + tpNjginjginunitunitpjCCCRt,1,1LNginNijginjginpNjjppCC CCttt1,1,1,01,1第37页/共51页第三十八页，共51页。延时等式(dngsh)有N - 1 个未知数, Cgin,2 Cgin,N求解最小延时, 求解N 1次偏微分等于0 约束条件: Cgin,j+1/Cgin,j = Cgin,j/Cgin,j-1每个反相器的最优尺寸是与它相邻反相器尺寸的几何平均数 每一级都有相同的等效扇出 (Cout/Cin) 每一级都有相同的延时1,1,jginjginjginCCC第

9、38页/共51页第三十九页，共51页。1 ,/ginLNCCFf如果每一级反相器尺寸放大相同倍数(bish)f 即有相同的等效扇出 f:NFf /10NppFNtt最小的路径(ljng)延时每一级的等效扇出第39页/共51页第四十页，共51页。CL= 8 C1InOutC11ff2283fCL/C1 必须(bx)完全分配给 N = 3 级反相器链上:第40页/共51页第四十一页，共51页。对于(duy)给定的负载, CL 和给定的输入电容 Cin找出最优 ffffFtFNttpNpplnlnln1/0/100ln1lnln20fffFtftppFor = 0, f = e, N = lnFfF

10、NCfCFCinNinLlnln with ff1exp第41页/共51页第四十二页，共51页。对于给定的工艺(gngy)，最优 f 用 g定义ff1expfopt = 3.6for =1第42页/共51页第四十三页，共51页。/10NppFNtt第43页/共51页第四十四页，共51页。111186464646442.881622.6Nftp164652818341542.815.3第44页/共51页第四十五页，共51页。第45页/共51页第四十六页，共51页。 动态(dngti)功耗 电容的充放电过程 直流通路电流引起的功耗 开关过程中Vdd和GND之间在短期内出现 一条直流通路 静态功耗-泄漏电流 二极管和晶体管第46页/共51页第四十七页，共51页。VinVoutCLVddCL通过PMOS的充电过程：PMOS消耗(xioho)一部分能量，其余保存到负载电容上CL通过NMOS的放电过程：负载电容放电，存放的能量消耗(xioho)到NMOS管中第47页/共51页第四十八页，共51页。0020( )DDoutVDDVDDDDDDLVLDDoLDutDdvEit VdtVCdtdtC VdvC V0002(2)DDoutCVDDoutLoutVLouto tLDDudvEit vdtCvd