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© Circuiti Integrati Digitali L’invertitore
L’invertitoreL’invertitore
Circuiti Integrati Circuiti Integrati DigitaliDigitaliL’ottica del progettistaL’ottica del progettistaJan M. RabaeyAnantha ChandrakasanBorivoje Nikolic
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L’invertitore CMOS: circuitoL’invertitore CMOS: circuito
V in Vout
CL
VDD
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L’invertitore CMOS: layoutL’invertitore CMOS: layout
Polisilicio
In Out
VDD
massa
PMOS 2
Metal 1
NMOS
OutIn
VDD
PMOS
NMOS
Contatti
N Well
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Due invertitori in cascataDue invertitori in cascata
Interconnessioneuscita-ingresso
Linea di alimentazine comune
VDD
Linea di massa comune
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Invertitore CMOSInvertitore CMOSAnalisi DC al primo ordineAnalisi DC al primo ordine
VOL = 0VOH = VDD
VDD VDD
Vin= VDD Vin= 0
VoutVout
Rn
Rp
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Caratteristica di Caratteristica di trasferimento trasferimento statica (VTC)statica (VTC)
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Curva di carico del PMOSCurva di carico del PMOS
VDSp
IDp
VGSp=-2.5
VGSp=-1VDSp
IDnVin=0
Vin=1.5
Vout
IDnVin=0
Vin=1.5
Vin = VDD+VGSpIDn = - IDp
Vout = VDD+VDSp
V =Vdsnout
IDnVin = VDD+VGSpIDn = - IDp
Vout = VDD+VDSp
Vin Vout
CL
VDD
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nM
os
off,
pM
os
lin
Punti operativi di un invertitore CMOSPunti operativi di un invertitore CMOS
Vout
In=-Ip
Vdd
Vin
Vout
nM
os
off,
pM
os
lin
nM
os
lin, p
Mos
off
nM
os
sat,
pMo
s lin
nM
os
sat,
pMo
s sa
t
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Affidabilità e robustezza:Affidabilità e robustezza:disturbi nei circuiti integrati digitalidisturbi nei circuiti integrati digitali
i(t)
accoppiamentoinduttivo
accoppiamentocapacitivo
Disturbi dalle linee di massa e alimentazione
v(t) VDD
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Caratteristiche statiche:Caratteristiche statiche:Caratteristica di trasferimento staticaCaratteristica di trasferimento statica
V(x)
V(y)
VOH
VOL
VM
VOH
VOL
fV(y)=V(x)
Soglia logica
Livelli nominali di tensione
VOH = f(VOL)VOL = f(VOH)VM = f(VM)
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Corrispondenza tra segnali analogici e digitaliCorrispondenza tra segnali analogici e digitali
VIL
VIH
Vin
guadagno = -1
guadagno = -1
VOL
VOH
Vout
“ 0” VOL
VIL
VIH
VOH
Regione ditransizione
“ 1”
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Definizione dei margini di rumoreDefinizione dei margini di rumore
Margine di rumore alto
Margine di rumore basso
VIH
VIL
Regione di transizione
"1"
"0"
VOH
VOL
NMH
NML
Uscita della porta
Ingresso della porta logica
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v0
v1
v3
finv(v)
f(v)
v3
out
v
Porta rigenerativa Porta non rigenerativav2
v1
f(v)
finv(v)
v3
out
v
v0 v1 v2 v3 v4 v5 v6
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Proprietà rigenerativaProprietà rigenerativa
Catena di invertitori
v0 v1 v2 v3 v4 v5 v6
2
V (
Volt
)
4
v0
v1v2
t (nsec)0
2 1
1
3
5
6 8 10 Risposta simulata
University of PadovaInformation Engineering Dept. - Microelectronics lab
Elettronica Digitale
Invertitore CMOSSimulazioni
Andrea Gerosa - [email protected]
Tel. 049-827-7728
Configurazione di base
Ln=Lp=0.35m
Wn=0.7m
b=Wp/Wn=2.5
VDD=3.3V
CL (estrinseca)=50fF
Caratteristica staticaCorrente nei MOS massima per Vin=VM
Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro
Vin=1.55V
Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro
Vin=1V
Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro
Vin=2V
Caratteristica dei 2 transistor – punto di lavoro
Diversi valori di Vin
Variazione di Wn e Wp (b costante)Lievissima variazione di VM (effetti del secondo ordine)
Variazione della corrente proporzionale ai W
Variazione di Wn e Wp (b costante)Punto di lavoro (Vin costante a 1.55V)
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
Variazione di b (Wn costante)Il punto di massima corrente varia (è VM)
Il valore massimo della corrente cresce al crescere di Wp
Variazione di VddLa tensione per il valore logico alto e VM traslano rigidamente con Vdd
La corrente diminuisce circa con il quadrata della diminuzione di Vdd
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Effetto delle variazioni di processoEffetto delle variazioni di processo
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.5
1
1.5
2
2.5
Vin (V)
Vo
ut(V
)
PMOS veloceNMOS lento
NMOS velocePMOS lento
Nominale
