INF3400 Del 1 Teori og oppgaver Grunnleggende Digital CMOS

Transkript

1 INF34 Del Teori og oppgaver Grunnleggende Digial CMOS

2 INF34 Grunnleggende digial CMOS Transisor som bryer CMOS sår for Complemenary Meal On Semiconducor. I CMOS eknologi er de o komplemenære ransisorer, pmos og nmos. Source erminal for en pmos ransisor har høyere spenning enn drain erminal. PÅ Logisk = gnd (SS) Logisk = DD g = gae s = source d = drain PÅ MOS ransisorer er bidireksjonale, dvs. source og drain kan bye plass. Source erminal for en nmos ransisor har lavere spenning enn drain erminal. Mikroelekronikk er inegrer eknologi i mikro sørrelse, dvs. lengden på ransisorer. Nanoelekronikk kan være inegrer eknologi i nano sørrelse, som i praksis beyr a ransisorlengden er mindre enn nano meer.

3 CMOS inverer

4 Opprekk og nedrekk Parallell/serie Serie/parallell

5 NND por Boolsk funksjon: Y B Symbol:

6 INF34 Grunnleggende digial CMOS Kombinaorisk logikk Nedrekk Nedrekk PÅ Opprekk Z Opprekk PÅ X Serie: Parallell: a b a b g g g g

7 NOR por Boolsk funksjon: Y B Symbol:

8 Oppgave.3 Tegn en CMOS 4-inngan NOR por på ransisornivå. Boolsk funksjon: Y B C D

9 Komplemenær logikk Eksempel: Y ( B) ( C D) Nedrekk: Opprekk:

10 Oppgave.4 Gi funksjonen Y ( B C) D komplemenær CMOS., egn ransisorskjema for poren i Nedrekk:

11 Oppgave.5 Gi funksjonen Y ( B) ( C D) komplemenær CMOS., egn ransisorskjema for poren i Nedrekk:

12 Oppgave.6 Gi funksjonen Y BC D komplemenær CMOS., egn ransisorskjema for poren i Nedrekk:

13 Passransisorer og ransmisjonspor nmos passransisor: Transmisjonspor: pmos passransisor:

14 INF34 Grunnleggende digial CMOS Trisae Trisae buffer symboler: Trisae inverer: Sannhesabell: EN/EN Y / Z / Z / /

15 INF34 Grunnleggende digial CMOS Mulipleksere Sannhesabell: Enkel implemenasjon: S/S D D Y / X / X / X / X

16 Invererende -inngan muliplekser:

17 Forenkle invererende -inngan muliplekser: 4: mulipleksere: Symbol:

18 INF34 Grunnleggende digial CMOS Oppgave.7 3 Y Y Y Y NND NOR Tegn skjemaikk på ransisornivå for følgende funksjoner. Du kan ana a du oå har inverere signaler ilgjengelig. En :4 dekoder definer ved Løsninforslag: Y Y i ønsker å bruke NND porer og inverere. Y

19 Y Y Tegn skjemaikk på ransisornivå for følgende funksjoner. Du kan ana a du oå har inverere signaler ilgjengelig. En 3: dekoder definer ved Løsninforslag: Y Oppgave.7 fors. Y

20 Eksamensoppgave (5) Gi funksjonen Y B C D E. Tegn e ransisorskjema (skjemaikk) i komplemenær CMOS for funksjonen. Løsninforslag: Nedrekk:. i serie med B.. C i serie med D. 3. B i parallell med CD. 4. (B+CD) i serie med E. B CD B+CD (B+CD)E

21 INF34 Del Teori og oppgaver Enkel elekrisk ransisor modell og inroduksjon il CMOS prosess

22 INF34 Grunnleggende digial CMOS MOS ransisor i verrsni Halvleder Silisum: pn overgang:

23 Transisor verrsni: nmos ransisor pmos ransisor

24 Tverrsni av CMOS inverer

25 kkumulasjon, deplesjon og inversjon Under gaen: Deplesjon: kkumulasjon: Inversjon:

26 Enkel beskrivelse av MOS ransisor Ubiaser: Biaser: Lineær område Mening Lineær område: s d s g s s d g d g gd

27 Enkel MOS ransisor modell. (cu off): <, som beyr a gae source spenningen ikke er ilsrekkelig il a de blir danne kanal. I =.. PÅ, lineær område: > og < <, som beyr a de er danne kanal som srekker seg fra drain il source. Transisoren er i de lineære område. 3. PÅ, mening: > og >, som beyr a de er danne kanal på source siden, men ikke på drain siden. Transisoren er i mening.

28 INF34 Grunnleggende digial CMOS Enkel ransisor modell: Q C ed kanal, vil gjennomsnielig spenning over gae kapasiansen være: d s gc g s Gae kapasiansen er avhengig av areale (kanalen), ykkelsen på de isolerende lage ox og permiivieen il de isolerende lage: C g C ox ox WL WL ox

29 INF34 Grunnleggende digial CMOS Gjennomsnielig hasighe n il ladninbærere i kanalen vil bli besem av de elekriske fele E over kanalen og ladninbærernes mobilie m: n me De elekriske fele er avhengig av spenningen over kanalen og kanalens lengde L: E L Tiden de ar for en ladninbærer å krysse kanalen er gi av kanalens lengde og ladninbærernes hasighe: L n Srøm mellom drain og source kan urykkes som den oale mengde ladning i kanalen divider på iden som behøves for å krysse kanalen: Qkanal I L n C L me CoxWL L m L mc ox W L

30 INF34 Grunnleggende digial CMOS I de lineære område kan vi modellere srømmen ilsvarende en mosand: I G G R R I i ser førs på kondukans: Dee gir modell for mosand: R Som kan forenkles il: R G I

31 INF34 Grunnleggende digial CMOS I mening vil spenningen over kanalen være begrense il den spenningen som er ilsrekkelig for å danne kanal på drain siden: a i kan finne gjennomsnielig spenningen over kapasiansen i mening ved å ersae med a: gc a i seer inn for gc og = a i ransisor modellen: I Lineær Mening a

32 INF34 Grunnleggende digial CMOS Transisormodellen: I I I, mening PÅ,, lineær PÅ,

33 pmos ransisormodell: p sg sd sg p sg p p sg sg sd sd p sg p sg sd I I I, mening PÅ,, lineær PÅ, p sd p p Source Drain

34 I- karakerisikker

35 INF34 Grunnleggende digial CMOS Oppgave Gi en nmos ransisor i en 8nm CMOS prosess med bredde W lik.36mm og lengde L lik.8mm. na a ykkelsen på ynnoksid ox =5Å og a mobilieen m = cm / s. Beregn og gaekapasians for ransisoren: Cox: : Cg: C ox F 8 5 cm 6 F ff 6.9 mm 4 cm F mm m C ox W L.693 W m 38 L m cm F.8 s cm C g C ox WL ff.44 ff

36 Eksamensoppgave 5 Gi enkle ransisor modeller for nmos ransisor, skisser srøm som funksjon av for ulike spenninger. Marker erskelspenning, lineær område og mening på skissen. Terskelspenning Lineær område Mening