TR ansistor som bryter anvendt i enkle logiske CMOS porter.

Transkript

1 el : Grunnleene iitl CMO NGVR ERG I. Innhol TR nitor om ryter nvent i enkle loike CMO porter. erie- o prllellkolin v nno- o pmo trnitorer. Inverter, NN. NOR o enerelle porter. Komplementær CMO me opptrekk o netrekk. erie- o prllellkoplin v nmo- o pmo trnitorer. P trnitorer o trnmijonporter- Tritte uffer o tritte inverter. Ulike typer multiplekere, ltcher o vipper. lle henvininer til fiurer er relevnt for Wete & Hrri [].. Innhol. 2. Trnitor om ryter. Kpittel.3 ie CMO inverter. Kpittel.4. ie. 4. NN port. Kpittel.4.2 ie Komintorik loikk. Kpittel.4.3 ie NOR port. Kpittel.4.4 ie Komplementær loikk. Kpittel.4.5 ie P trnitorer o trnmijonporter Kpittel.4.7 ie Multiplekere. Kpittel.4.8 ie Ltcher. Kpittel.4.9 ie Vipper. Kpittel.4.9 ie II. Trnitor om ryter (Kpittel.3 ie 9) * Repetijon fr INF4. efinijoner:. Loik V. 2. Loik V, GN. pmo Fi. 2. = = pmo trnitor om ryter.(fig.9). pmo trnitor En pmo trnitor om ryter er vit i fiur 2, trnitoren tre terminler er te (innn) o ource o rin. Når innnen er kn et å trøm mellom ource o rin, o vi ier t trnitoren er PÅ. Når innnen er år et inen trøm mellom ource o rin, o vi ier t trnitoren er V. Konvenjoner:. en v rin o ource terminlene på enpmotrnitor om hr høyet pennin klle ource. 2. en v rin o ource terminlene på enpmotrnitor om hr lvet pennin klle rin. 3. En potiv trøm (trømretnin) vil for en pmo trnitor llti åfrourcetilrin. C. Mål Fortå nmo- o pmo trnitorer om ryter, mt terminlpleriner på trnitorene o poitiv trømretniner.. Oppver E. Notter. nmo trnitor nmo = = Fi.. nmo trnitor om ryter.(fig.9) En nmo trnitor om ryter er vit i fiur, trnitoren tre terminler er te (innn) o ource o rin. EnnMO trnitor kn etrkte om en ryter; vheni v innn (te) vil et kunne å trøm mellom rin o ource. Når innnen er år et inen trøm mellom rin o ource, o vi ier t trnitoren er V.Når innnen er kn et å trøm mellom rin o ource, o vi ier t trnitoren er PÅ. Konvenjoner:. en v rin o ource terminlene på ennmotrnitor om hr lvet pennin klle ource. 2. en v rin o ource terminlene på ennmotrnitor om hr høyet pennin klle rin. 3. En potiv trøm (trømretnin) vil for en nmo trnitor llti å fr rin til ource.

2 2 III. CMO Inverter (Kpittel.4. ie ) * Repetijon fr INF4. Fi. 5. Inverter ymol.(fig.) ymolet for en CMO inverter er vit i fiur 5. V. Mål Fortå hvorn nmo- o pmo trnitorer om rytere funerer i en CMO inverter.. Oppver C. Notter GN Fi. 3. Inverter jemtikk.(fig.) erom vi etter en pmo- o en nmo trnitor mmen o koler til penninrefernene V o V (GN) får vi en CMO inverter om vit i fiur 3. CMO teknoloi er runnleene inverterene, v. erom mn ruker pmo trnitorer mellom en utn på enportoloik(v ), o tilvrene nmo trnitorer mellom utnen o loik (V ), vil utnen nne en inverterene funkjon. Vi får typik inverter, NN, NOR eller enerelle olke funkjoner påformen = ( + C). V = = = = GN Fi. 4. Inverter jemtikk o nnhettell.(fig. o Tle.) om vit i fiur 4 vil utnen på eninverterværenår innnen er, o utnen vil være når innnen er.

3 3 IV. NN port (Kpittel.4.2 ie - ) * Repetijon fr INF4. trnitorene være på, v. innnene o må være loik. et er tiltrekkeli t en v innnene er loik for åtrekke utnen til loik. Vi ier t netrekket o opptrekket er komlimentære.. Opptrekk o nettrekk i CMO porter pmo opptrekknettverk Innner Utn C nmo netrekknettverk Fi. 8. Treinnn NN port jemtikk.(fig.2) Fi. 6. Generell loik port me opptrekk etåenevpmotrn- itorer o netrekk etåene v nmo trnitorer.(fig.3) En enerell port me enerelt opptrekknettverk o netrekknettverk er vit i fiur 6. Vi efinerer et oppeller netrekk om på erom et finne en trømvei (inlvei) mellom utnen o en penninreferne. Me nre or et netrekk er på erom et finne en erie (kjee) v nmo trnitorer om lle er på o om foriner utnen me V. I mottt tilfelle er netrekket v. For et opptrekk om er på finne et en erie (kjee) v pmo trnitorer om lle er på o om foriner utn me V. I mottt tilfelle er opptrekket v. En kjee n trnitorer i ett netverk kn etå v en eller flere trnitorer. I komplementær CMO loikk (ttik CMO) vil llti en o re en v opptrekko netrekknettverkene være på. Fi. 9. ymol for NN port me to innner.(fig.) om vit i fiur 8 er et enkelt å utvie en to innn NN port til en treinnn NN port. ymolet for en NN port me to innner er vit i fiur 9.. Mål Fortå hvorn nmo- o pmo trnitorer om rytere funerer i NN porter. kille opptrekk fr netrekk i en enerell CMO port. C. Oppver. Notter opptrekk netrekk V PÅ V PÅ V PÅ PÅ V Fi. 7. To innn NN port jemtikk o nnhettell.(fig. o Tle.2) jemtikk for en CMO NN port er vit i fiur 7. en loike funkjonen er =. Opptrekket etår v to pmo trnitorer i prllell o to nmo trnitorer i erie. For t utnen kl kunne trekke til loik må ee nmo

4 4 V. Komintorik loikk (Kpittel.4.3 ie - 2) * Repetijon fr INF4. 2 opptrekk V opptrekk PÅ netrekk V Z netrekk PÅ X (crowrre) TLE I Utntiltner for en CMO port. = = = en enerelle komintorike porten i fiur 6 vil enten trekke utnen til eller vheni v innninlene. erom opptrekket o netrekket ikke vr komplementære kn et forekomme tilfeller er hverken opptrekket eller netrekket er på, eller t ee er på. I tell I er lle mulie utntiltner for en CMO port vit. I tilfellet er hverken opptrekket eller netrekket er på vil utnen ikke være revet v porten, vi kller enne tiltnen høyimpent Z. I tilfeller åe opptrekket o netrekket er på får vi uefinert utn X (crowrre).. erie- o prllellkolin v trnitorer Fi. 2. V PÅ PÅ PÅ Prllellkolin v nmo trnitorer.(fig.4c) Ulike tiltner for to prllellkolete nmo trnitorer er vit i fiur 2. Mint en v trnitore må være på for t nettverket etåene v e to trnitorene kl være på. ette tilvrer innninler + 2 = oettevilmeføret =. For øvrie innnverier vil ette ikke kunne å en trøm mellom o o nettverket er v. Vi er t erom = (GN) hr vi t = =når +2 =. = 2 2 Fi.. V V V PÅ eriekolin v nmo trnitorer.(fig.4) Ulike tiltner for to eriekolete nmo trnitorer er vit i fiur. ee trnitore må være på for t nettverket etåene v e to trnitorene kl være på. ette tilvrer innninler = 2 = o ette vil meføre t =. For øvrie innnverier vil et ikke kunne å en trøm mellom o o nettverket er v. Vi er t erom =(GN)hrvi t = =når =2 = eller 2 =. 2 Fi.. = PÅ V V V eriekolin v pmo trnitorer.(fig.4) Ulike tiltner for to eriekolete pmo trnitorer er vit i fiur. ee trnitorer må være på for t nettverket etåene v e to trnitorene kl være på. ette tilvrer innninler = 2 = o ette vil meføre t =. For øvrie innnverier vil et ikke kunne å en trøm mellom o o nettverket er v. Vi er t erom =(V ) hrvi t = =når =2 = eller +2 =. Fi. 3. = = = PÅ PÅ PÅ V Prllellkolin v pmo trnitorer.(fig.4) Ulike tiltner for to prllellkolete pmo trnitorer er vit i fiur 3. Mint en v trnitorene må værepå for t nettverket etåene v e to trnitorene kl være på. ette tilvrer innninler 2 = oettevilmeføret =. For øvrie innnverier vil ette ikke kunne å en trøm mellom o o nettverket er v. Vi er t erom = (V ) hr vi t = =når 2 =. Komplementære opptrekk o netrekk etåene v henholvi to pmo- o to nmo trnitorer vil være:. 2 =o 2 = om henholvi tilvrer to prllellkoplete pmo trnitorer om er på, ve t mint en v innnene er, o to eriekoplete nmo trnitorer om er på, ve t ee innnene er. Vi kller utnen o innnene henholvi o, ofår = eller =. ette tilvrer en NN funkjon = o + 2 = om henholvi tilvrer to eriekopletekoplete pmo trnitorer om er på, ve t ee innnene er, o to prllellkoplete nmo trnitorer om er på, ve t mint en v innnene er. Vi kller utnen o innnene henholvi o, ofår = + eller = +. ette tilvrer en NOR funkjon.

5 5. Mål Fortå hvorn nmo- o pmo trnitorer om rytere i eriekoplin o prlellkoplin virker o hvorn komplementære opp- o netrekk kn ye opp. C. Oppver. Notter VI. NOR port (Kpittel.4.4 ie 2-3) * Repetijon fr INF4. Fi. 4. To innn NOR port jemtikk o nnhettell.(fig.5 o Tle.4) jemtikk for en CMO NOR port er vit i fiur 4. en loike funkjonen er = +. Opptrekket etår v to pmo trnitorer i erie o netrekket etår v to nmo trnitorer i prllell. For t utnen kl kunne trekke til loik må ee pmo trnitorene være på, v. innnene o må være loik. et er tiltrekkeli t en v innnene er loik forå trekke utnen til loik. Vi er t netrekket o opptrekket er komlimentære. Fi. 5. ymol for NOR port me to innner.(fig.5) ymolet for en NOR port me to innner er vit i fiur 5.. Mål Fortå hvorn nmo- o pmo trnitorer om rytere funerer i NOR porter.. Oppver Oppve.3 C. Notter

6 6 VII. Komplementær loikk (Compoun te) (Kpittel.4.5 ie 3-4) C Fi. 6. Netrekket for funkjonen = ( )+(C ).(FIG.7 o ) Et ekempel på en oolk funkjon implementert ve hjelp v en komplementær CMO port kn uttrykke på formen = ( )+(C ). Netrekket vil etå v nmo trnitorer o vi hr t re kn li når ( ) +(C ) =. ette forutetter t eller C er på. Vi er t netrekket etår v to rener me eriekolete nmo trnitorer, v. to trnitorer me innner henholvi o i erie, o to trnitorer me innner henholvi C o i erie. I fiur 6 er netrekket vit. C. Mål Fortå hvorn nmo- o pmo trnitorer kl nvene for implementjon v en komplementær CMO port.. Oppver Oppve.4,.5 o.6. Gitt funkjonen = ( + C), ten et trnitor kjem (jemtikk) i komplementær CMO loikk for funkjonen. 2. Gitt funkjonen = ( + ) (C + ), ten et trnitor kjem (jemtikk) i komplementær CMO loikk for funkjonen. 3. Gitt funkjonen = C +, ten et trnitor kjem (jemtikk) i komplementær CMO loikk for funkjonen. C. Notter C C Fi. 7. Opprekket for funkjonen = ( )+(C ).(FIG.7c o ) Opptrekket vil etå v pmo trnitorer o vi hr t re kn li når ( ) +(C ) =. ette forutetter t o C er på. Vi er t opptrekket etår v to rener me prllellkolete pmo trnitorer, v. to trnitorer me innner henholvi o i prllell, o to trnitorer me innner henholvi C o i prllell. Til lutt må ie to prllellrenene ette i erie lik t forutetninen for opptrekket lir oppfylt. I fiur 7 er opptrekket vit. C C Fi. 8. Komplementær CMO port for funkjonen = ( )+(C ).(FIG.7e) en fulltenie komplementære CMO kreten om implementerer funkjonen = ( )+(C ) ervitifiur8.

7 7 VIII. P trnitorer o trnmijonporter (Kpittel.4.6 ie 4-5). P trnitorer tyrken til et inl er et mål på hvor nær inlet er en penninreferne, vnlivi (V ) eller (V eller GN). = = (terk ) (terk ) = Fi. 2. Trnmijonport (FIG.2, o c) = (terk ) (erert ) Fi. 9. nmo p trnitor (FIG.9 o c) et er vnli å kole nmo trnitorer me ource til. ette kyle t nmo trnitorer er effektive til åtrnmit- tere loik. Vi ier t en loik trnmittere jennom en nmo trnitor me tor tyrke, v, en loik trnmittere fr ource på en nmo trnitor til en like terk på rin terminlen. erom en loik kl trnmittere jennom en nmo trnitor, v. fr rin til ource, vil vi få envk eller erert loik på ource terminlen. ette kyle elektrike eenkper i nmo trnitoren. Trnmijoneenkper til nmo trnitoren er vit i fiur 9. = = (terk ) Fi. 22. Trnmijonport ymoler. (FIG.2) ymoler for trnmijonporter i CMO er vit i fiur 22. C. Mål Fortå hvorn nmo- o pmo trnitorer kl nvene for implementjon v en trnmijonport.. Oppver E. Notter (erert ) Fi. 2. pmo p trnitor (FIG.9 o f) For en pmo trnitor er et omvent. et er vnli åkole pmo trnitorer me ource til. ette kyle t pmo trnitorer er effektive til å trnmittere loik. Vi ier t en loik trnmittere jennom en pmo trnitor me tor tyrke, v, en loik trnmittere fr ource på enpmo trnitor til en like terk på rin terminlen. erom en loik kl trnmittere jennom en pmo trnitor, v. fr rin til ource, vil vi få en vk eller erert loik på ource terminlen. ette kyle elektrike eenkper i pmo trnitoren. Trnmijoneenkper til pmo trnitorene er vit i fiur 2.. Trnmijonporter Ve å kominere en nmo p trnitor o en pmo p trnitor i prllell kn vi le en trnmijonport om kn ruke til å trnmittere åe loik o, om vit i fiur 2. nmo trnitoren vil øre for loikopmotrnitoren vil øre for loik.

8 8 IX. Tritte (Kpittel.4.7 ie 7-8). Oppver C. Notter Fi. 23. Tritte uffer ymoler. (FIG.24) ymoler for tritte uffer er vit i fiur 23. Tritte porter ruke ofte når flere enheter (porter) kl kunne rive en felle u. / / Z / Z / / TLE II nnhettell for tritte uffer. / er kontrollinlet (enle), er innnen o er utnen. Et tritte uffer enytter et enle inl om etemmer om porten kl rive utnen eller ikke. erom utnen ikke rive vil en repreentere en høy impen (Z). nnhettellen for tritte uffer er vit i tell II. = = = Z = = = Fi. 24. Tritte inverter. (FIG.26) En tritte inverter er vit i fiur 24.. Mål Fortå hvorn en tritte kret virker o fortå hv Z utn repreenterer.

9 9 X. Multiplekere (Kpittel.4.8 ie 8-2) / / X / X / X / X TLE III nnhettell for toinnn (2:) multiplker. / er kontrollinlet (enle), o er innner o er utnen. Multiplekere ruke i CMO hukommeleelementer o i en rekke nre kreter. En multipleker ruke til å elektere en v mne innner. nnhettell for en toinnn multipleker er vit i tell III, er innnene er o, kontrollinlene er o o utn. Fi. 25. Trnmijonport multipleker me to innner. (FIG.27) En enkel to innn trnmijonport multipleker er vit i fiur 25. Fi. 27. Fi. 28. Inverterene toinnn multipleker. (FIG.28) Inverterene toinnn multipleker. (FIG.28c) En litt enklere o likeveri implementjon er vit i fiur 27 o ymolet for en inverterene multiplekeren er vit i fiur Fi : multipleker. (FIG.29) En utviele til fireinnn multipleker (4:) er vit i fiur 29. Et ekempel på en 4: multipleker etåene v invertere o tritte invertere er vit i fiur 3. Fi. 26. Inverterene toinnn multipleker. (FIG.28) En inverterene multipleker me eenkper til åjenkpe oe loike verier, v. tyrkin v inler, kn le ve å t utnpunkt i kreten vit i fiur 8 om implementere funkjonen = ( )+(C ) om en komplementær CMO port. erom vi veler innnene =C, =, = o = vilvifå funkjonen = ( ) + ( ) okreten vit i fiur 26. Vi er t erom =får vi = onår =får vi = om jo er multiplekeren funkjon.. Mål Fortå hvorn trnmijonport multipleker o inverterene multipleker virker.. Oppver Oppve.7

10 XI. Ltcher (Kpittel.4.9 ie 2-2). Ltcher 2 3 Fi. 3. Potiv nivåfølom ltch etåene v en 2: multipleker o invertere. (FIG.3) Fi. 3. 4: multipleker etåene v invertere o tritte invertere. (FIG.29) C. Notter = = Fi. 32. Implementjon v potiv nivåfølom ltch. (FIG.3,, co) Vi kn utnytte en multipleker o to invertere til å le en ltch om vit i fiur 3. En implementjon er vit i fiur 32. En poitiv nivå følom ltch vil være trnprent når = = = Fi. 33. Virkemåten til poitiv nivåfølom ltch. (FIG.3c,, o e), v. når = vil utnen være lik innnen me en liten forinkele. Når er vil innnen ikke kunne påvirke utnen, men kreten vil nå etå v to invertere om er tilkekolet o øre for t hole kontnt. ette er er vit i fiur 33. ymolet for en poitiv nivåfølom ltch er vit i fiur 34.

11 XII. Vipper (Kpittel.4.9 ie 22-23) Ltch Fi. 34. ymol for poitiv nivåfølom ltch. (FIG.3f). Notter Ltch M Ltch Fi. 35. Poitiv kntfølom vippe. (FIG.3) Ltch Ltch M Fi. 36. Implementjon v poitiv knfølom vippe. (FIG.3) En vippe etår v to ltcher om klokke i mottt klokkefe om vit i fiur 35. En implementjon v poitiv flnkefølom vippe er vit i fiur 36. Innnen ltche i en førte ltchen når = o utnen på en førte ltchen M vil føle. en nre ltche vil ikke trnportere inlet viere fori en er i tilkekolinmou når =. er erme upåvirket v innnen når =. Når klokkeinlet vitjer fr til vil en førte ltchen tene o en nre ltchen åpne. Utnen på vippen vil li lik en ite verien for M om er lik en ite verien for når vr. vil hole enne verien inntil en eventuell enrin inntreffer ve nete poitive flnke på klokkeinlet. Vippen virkemåte er vit i fiur 37 Et muli prolem me klokkinen om er vit i fiur 37 er t kkurt når klokkeinler vitjer fr til vil ee ltchene være elvi åpne i en kort perioe o vil vippen være neten trnprent lik t utnen vil li lik irekte o ikke vi ltchet M. ette vil være tyli erom et er ynkronierinprolemer, for ekempel erom kifter fr til før kifter fr til. ette prolemet er illutrert i fiur 38. Prolemet vil få effekt i etterfølene porter om ikke forventer å få en innnenrin i en tionen er ee klokkeinlene er (røt områe). En vnli metoe for å ikre e mot prolemer me uynkrone klokkeinler er å enytte tofe ikkeoverlppene klokker om vit i fiur 39. Her er et vikti t ikke φ o φ 2 ikke er loik mtii. ymol for poitiv kntfølom vippe er vit i fiur 4.. Mål Fortå hvorn ltcher o vipper virker o kn implementere icmo.

12 2 M φ2 Ltch Ltch φ = φ2 M φ M φ2 φ = φ2 φ φ φ2 ikkerhetoner M Fi. 39. vippe me tofe ikkeoverlppene klokker. (FIG.32) Fi. 37. Implementjon v poitiv knfølom vippe. (FIG.3c, oe) Vippe = = M Fi. 4. ymol for poitiv knfølom vippe. (FIG.3f) Reference [] Neil H.E. Hrri o vi Hrri CMO VLI EIGN, circuit n ytem perpective treje utve 25, IN: , ion Weley, M rikti feil Fi. 38. Potenielt prolem me uynkrone klokkeinler. tiplet linje vier virkeli inlveri for.. Oppver C. Notter