Gates CMOS in cascata

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1 Gaes MOS n cascaa Obevo Sudo del mnmo rardo d roagazone: Numero d sage fssao Numero d sage omo

2 Esemo 1 due nveror n cascaa Inv1 Inv2 S=W/L αs uαs V V Vo us L L/=ρ I: = n(inv2) = u Dmensonameno del Transsor V (u) V I Vo B L = u = ρ L due sage n cascaa: = = u + u mnmzzazone del rardo d roagazone: u = ρ 1 = 2 = ρ = 2 ρ = 2 l ρ

3 Esemo = 2 l Due sage sono ù veloc d uno se: ρ > 2 l l > 4 Dmensonameno de ercors Logc er mglorare la velocà La caacà d nu d un ercorso logco è vncolaa La logca deve gudare anche l dmensonameno della caacà Esemo: l carco della LU n un mcrorocessore Inel è 0.5F ome dmensonare l daaah d un LU er oenere la massma velocà? bbamo gà rsolo queso er la caena d nveror ssamo generalzzare er ogn d logca?

4 Rardo n un Gae logco Rardo d Gae: d = h + effor delay Rardo nrnseco Effor delay: h = g f logcal Fanou effevo = ou / n effor Logcal effor è funzone della ologa ed è ndendene dal dmensonameno Il fanou effevo è funzone del carco e dmensonameno del gae Logcal Effor: defnzone L nverore ha mnor logcal effor e nrnsc delay d u gae MOS sac Il Logcal effor d un gae è l raro ra la sua caacà d ngresso e la caacà dell nverore quando è dmensonao er erogare la sessa correne Il Logcal effor aumena all aumenare della comlessà del gae

5 Logcal Effor: esem Logcal effor è l raro ra la caacà d ngresso d un gae e la aacà d ngresso d un nverore con la sessa correne d ouu V DD 2 V DD 2 2 B un = 3 F B B 2 B g = 1 g = 4/3 g = 5/3 F un = 4 B B V DD B 1 Inverer 2-nu NND 2-nu NOR B B 1 un = 5 F + B Logcal Effor: nerreazone Normalzed delay (d) NND g = 4/3 = 2 d = (4/3)h+2 INV g = 1 = 1 d = h+1 F(Fan-n) Fan-ou (h)

6 Logcal Effor er gae FMOS From Suherland, Sroull Branchng Effor Branchng effor: on ah + off ah b = on ah

7 Mulsage Neworks Delay = Sage effor: h = b g f N ( + b g f ) = 1 Pah delay D = Σd = Σ + Σh Pah elecrcal effor: F = ou / n Pah logcal effor: G = g 1 g 2 g N Branchng effor: B = b 1 b 2 b N Pah effor: H = GFB Meodo del Logcal Effor 1 Pres N, F, er ogn sado g e b G 2 calcolao h come: h = N F g b B 3 arendo dall ouu al nu s calcola +1 / alcando la formula f = h g b Quando lo sage effor h è lo sesso er u gl sage, l rardo è mnmo

8 Esemo: Percorso Omo g = 1 f = a 1 a b c g = 5/3 f = b/a Fanou effevo, F = 5 G = 25/9 H = 125/9 = 13.9 h = 1.93 a = 1.93 b = ha/g 2 = 2.23 c = hb/g 3 = 5g 4 /f = 2.59 g = 5/3 f = c/b L 5 g = 1 f = 5/c Esemo 8-nu ND

9 Sommaro Suherland, Sroull Harrs Numero omo d sages: buffer Perché un buffer - fl lungh d nerconnessone - ch nerfaces

10 h nerface: un esemo PD L PIN o Penum (7 buffer) L = ( ) nh o = ( ) F = ( ) F Fl lungh d nerconnessone

11 Sngola caacà d nerconnessone aacà oale d nerconnessone

12 Esemo: 2 sad nveror = 20 f F = F = 2 = 1000 = 64 = 0.4ns = 26ns Tro alo! Mulle sage Buffer V u u u V1 2 u N-1 V2 Vo N V G 1 2 N-1 L 1 2 = u L = u N 1 2 = u = u n N n N 1 n = u + K = u + +K u = N u

13 Inveror MOS n cascaa L Mnmzzando : = N u = u N N u o o = = = e ln( e L ln( ) L ) Rardo d Proagazone vs dmensonameno del faore u X Inv 2 Inv N Inv

14 Esemo MOS 1µm; =10fF; 0.2ns L=20F X= sad crca 4ns Sado Wn(µm) W(µm) Numero Omo d Sage Per una daa carca, e una daa caacà n nu del rmo gae Trovare l numero omo d sage e l dmensonameno omo 1/ N D = NH + N D N = H 1/ N nv 1/ N 1/ N ln( H ) + H + = 0 nv Sosure bes sage effor h = H 1/ Nˆ

15 Meodo del Logcal Effor Quando l numero d sage è non noo» alcolare l ah effor: F = GBH» Trovare l mglor numero d sage N ~ log 4 F» alcolare he sage effor f = F 1/N» Defnre l ercorso con queso numero d sage» Procedere uno er uno rovando le dmenson:» n = ou *g/f Tr-Sae MOS Buffer Eleronca Eleronca D, LB nno.. ccademco ascadng MOS