3
A Z 4
OH IH IL OL (volt) 1 (HIGH) 0 (LOW) Logica positiva: tensioni alte (HIGH) rappresentano il valore 1, tensioni basse (LOW) rappresentano lo 0 Logica negativa: tensioni basse rappresentano il valore 1, tensioni alte lo 0 In pratica, viene utilizzata solo la logica positiva 5
6
out OH TC (oltage-transfer Characteristic) OL in 7
out Pendenza -1 OH OL IL IH in 8
1 0 1 I1 I2 9
out1 = in2 in1 I1 I2 out2 < IL - OL 10
(volt) NM H = OH - IH OH 1 (HIGH) Per massimizzare NM H, IH deve diminuire IH Compromesso: IL = IH = DD /2 IL NM L = IL - OL 0 (LOW) Per massimizzare NM L, IL deve aumentare OL 11
12
out Gate rigenerativo out Gate non rigenerativo OH OH in in OL IL IH OL IL IH 13
Y X I1 Y I2 Z Z=Y =(X ) =X OH OL XZ 14
Y,Z X Y Z I1 I2 OH 3 Z=Y =(X ) =X 6 4 Attraverso I1 (da X a Y) Attraverso I2 (da Y a Z) OL 7 8 Z (0 pulito) 2 5 1 X (0 sporco) X,Y 15
Y X I1 Y I2 Z Z=Y =(X ) =X OH OL XZ 16
OH Y,Z X I1 Y I2 Z Z=Y =(X ) =X 3 2 7 6 4 5 Attraverso I1 (da X a Y) Attraverso I2 (da Y a Z) OL X (0 pulito) 1 8 Z (0 sporco) X,Y 17
out Guadagno << 1 OH Guadagno >> 1 in OL IL IH 18
out Retta a pendenza unitaria OH M in OL M 19
OH Y,Z 4 3 Retta a pendenza unitaria X I1 Y I2 Z Z=Y =(X ) =X 6 7 5 8 1 OL M Ciò che è a sinistra di M diventerà 0 2 X,Y Attraverso I1 (da X a Y) Attraverso I2 (da Y a Z) 20
21
N M Fan-In N Fan-Out M 22
23
in 50% t t phl t plh out 90% 50% 10% t t f t r 24
P av = 1 T T i dt = sup ply sup ply 0 sup ply T T 0 i sup ply dt 25
DD PMOS in out Tensione di uscita Tensione di ingresso NMOS 27
GS > Tn R ON G S GS < Tn Circuito aperto 28
S SG > Tp R ON G SG < Tp Circuito aperto 29
DD in =0 = DD out in out out= DD out =0 in = DD = out 30
in =0 DD out out2 31
32
DD SGp = DD - in I Dp in out SDp= DD - out I Dn I Dn=I Dp GSn = in DSn = out 33
I Dn, I Dp in =0 in =0.125 PMOS NMOS in =1 in =0.875 in =0.250 in =0.750 in =0.375 in =0.625 in =0.500 out 34
(a) (b) pmos triodo pmos saturazione La TC è quella desiderata, ossia una TC che gode della proprietà rigenerativa out (c) nmos off ( IN < Tn ) pmos off ( IN > DD - Tp ) nmos saturazione Tn nmos triodo (d) (e) in 35
36
38
GS = in = M SG = DD - in = DD - M k n DSATn M Tn DSATn 2 = k p DSATp DD M Tp DSATp 2 con M = n Tn + DSATn DSATn 2 + n r 1+ r DD k pdsatp pdsatpw pln r = = = k W L DSATn n Tp p v v DSATp 2 satp satn W W p n 39
40 n OX n n n n L W C L W k k = = ' ( ) ( ) = 2 ' 2 ' / / DSATp Tp M DD DSATp p DSATn Tn M DSATn n n p k k L W L W p OX p p p p L W C L W k k = = '
41
out OH M Pendenza molto elevata pari a: g OL in IL IH M 42
IH IL = = M M g + M DD g M DD M M - IL IH - M 43
I DSATn ( ) ( 1+ ) = I 1+ ( ) n OUT DSATp p DD OUT I = DSATn I IN DSATp IN ( 1+ ) n OUT + n OUT IN DSATn ( ( )) OUT 1+ p DD OUT p I DSATp I = IN 44
45 ( ) ( ) ) ( 2 1 ) ( 1 / p n DSATn Tn M p n DSATn n n DSATn OX n r I r L W C g + + = = + + λ λ
46
47
48
in out C L 50
R eq out C L DD DD /2 out out ( t) = DD e t R eq C L t t phl 51
( t ) = DD out phl 2 out ( t phl ) = DD e t RC phl DD 2 = DD e t phl RC t = ln( 2) R C = 0. 69R phl eq L eq C L 52
53
out in Carico 54
C GSp +C GBp M p C DBp C Gp2 M p2 in out C GDp +C GDn C GSn +C GBn M n C DBn C W C Gn2 M n2 55
56
1 Y 2 1 2 Y eq1 =Y(1-A) Y eq2 =Y(1-1/A) 57
C alore C GDp 2C O W p C GDn 2C O W n C DBp K eq (C J0 A Dp +C JSW0 P Dp ) C DBn K eq (C J0 A Dn +C JSW0 P Dn ) C Gp2 C OX W p L p C Gn2 C OX W n L n 58
out (t) R eq C L I D (t) 59
1 R 2 = d eq I( ) 1 2 1 60
LIN elocity-saturated SAT Commutazione Classico LIN Commutazione SAT 2 1 2 1 DSATn DD /2 DD /2 GS - TH 61
62 d I d I R DD DD DD DD DD DSATn DSATn DD DD eq + = 2 / 2 / ) (1 2 ) (1 2 / 1 = DD DSATn DD eq I R 9 7 1 4 3 x x + 1 1 1
t p = ( ) t + t phl 2 plh = 0.69C L R eqn + 2 R eqp 63
λ t phl 0.69C L 3 4 I DD DSATn = 0.52 k' n ( W / L) ( / 2) n DSATn C L DD DD Tn DSATn 64
λ 65
66
β W L p = W L n β β C C dp1 dn1 R = p = C = C gp2 gn2 R eqp Sostituendo Cdn 1 2 2 [( )( ) dn1 gdn1 gn2 W ] + Cdp 1 + 2Cgdn 1 + Cgdp 1 + Cgn2 + Cgp + CW = 1+ C + 2C + C + C = 67
phl ( 1+ )( C ) dn1 + 2Cgdn 1 + Cgn + CW Reqn t =.69[ ] plh 0 2 ( 1+ )( C ) dn1 + 2Cgdn 1 + Cgn + CW Reqp t =.69[ ] 0 2 t p t phl + t plh = = 0.69 2 ( 1+ )( C + 2C + C ) dn1 gdn1 gn2 + C W R eqn + 2 R eqp 68
t p = = 0.69 2 0.345 ( 1 + )( C + 2C + C ) + C ( )( ) r' 1 + C + 2C + C + C R 1 + dn1 dn1 gdn1 gdn1 gn2 gn2 W W R eqn eqn 1 + R R eqp eqn 1 = R R eqp eqn I = I = DSATn DSATp 3 4 3 4 I I DD DSATp DD DSATn n p = DSATn DSATp = r' β ( + B + C) 1 r' + t B = C 2 dn + C 1 2 p 1 gdn + C gn = A B A = 0. 345R eqn C = C W 69
70 Derivando: + + + = 2 1 1 2 1 ' gn gdn dn W opt C C C C r ( ) 0 ' ' 2 = + + + = C B B A r B r B A t p ( ) 0 ' 2 = + opt C B r B + = B C r opt 1 ' 2
β 71
72
74
75
in =0 i DD ( t) = C L d out dt ( t) out C L E DD = i ( t) dt 0 DD DD E CL = i ( t) ( t) dt 0 DD out 76
E DD = C L DD 0 d dt out dt = = C L DD DD 0 d out = C L DD 2 77
E CL = C L 0 d dt out out dt = = C L DD 0 out d out = C L 2 DD 2 78
79
80
81
in I Short 82
in I peak I short t f t r E dp = DD I peak (t r +t f )/2 P dp =E dp f 0 1 = f 0 1 DD I peak (t r +t f )/2 83
n+ n+ 84
I D I S I leakage =I S +I D P stat =I leakage DD 85
86
87
88
89