Del 9: Dynamisk CMOS

Like dokumenter
INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 9

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 8 Våren 2006 YNGVAR BERG

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 12

UNIVERSITETET I OSLO

Del 6: Tidsforsinkelse i logiske kjeder

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 8

TI dsforsinkelse i kjeder med logiske porter. Beregning av

UNIVERSITETET I OSLO

Del 5: Statisk digital CMOS

Løsningsforslag DEL1 og 2 INF3400/4400

Løsningsforslag DEL1 og 2 INF3400/4400

PENSUM INF spring 2013

UNIVERSITETET I OSLO

KONVENSJONELLE latcher og vipper i CMOS blir gjennomgått.

Oppgave 1 INF3400. Løsning: 1a Gitt funksjonen Y = (A (B + C) (D + E + F)). Tegn et transistorskjema (skjematikk) i komplementær CMOS for funksjonen.

MO deller for tidsforsinkelse i logiske porter blir gjennomgått.

UNIVERSITETET I OSLO

Tips og triks til INF3400

CMOS med transmisjonsporter blir presentert, herunder

MO deller for tidsforsinkelse i logiske porter blir gjennomgått.

TR ansistormodellen utvides med en modell for strøm i

Del 10: Sekvensielle kretser YNGVAR BERG

Del 3: Utvidet transistormodell og DC karakteristikk for inverter og pass transistor

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 10

Del 11: Latcher og vipper

CMOS inverter DC karakteristikker og hvordan transistorstørrelser

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 11 Latcher og vipper

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 10

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 13 og 14

Forelesning 8. CMOS teknologi

TFE4101 Krets- og Digitalteknikk Høst 2016

GRUNNLEGGENDE problematikk ved sekvensiering blir

INF 5460 Elektrisk støy beregning og mottiltak

Obligatorisk oppgave 2 i INF4400 for Jan Erik Ramstad

INF3400 Uke Wire Engineering 4.7 Design Margins. INF3400 Uke 14 Øivind Næss

Del 3: Utvidet transistormodell og DC karakteristikk for inverter og pass transistor VDD. Vinn. Vut

KONVENSJONELLE latcher og vipper i CMOS blir gjennomgått.

Formelsamling INF3400 Våren 2014 Del 1 til 8 YNGVAR BERG

GJ ennomgang av CMOS prosess, tverrsnitt av nmos- og

Konstruksjon av gode ledninger

Obligatorisk oppgave 4 i INF4400 for Jan Erik Ramstad

Rapport laboratorieøving 2 RC-krets. Thomas L Falch, Jørgen Faret Gruppe 225

Forelesning 6. Sekvensiell logikk

UNIVERSITETET I OSLO

Dagens temaer. Architecture INF ! Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer. Felteffekt-transistorer

Forelesning 4. Binær adder m.m.

Lab 5 Enkle logiske kretser - DTL og 74LS00

RAPPORT LAB 3 TERNING

INF1400. Sekvensiell logikk del 1

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

Dagens temaer. temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation. av sekvensielle kretser. and Architecture. Tilstandsdiagram.

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit og sensorveiledning eksamen INF1411 våren Oppgave 1 Strøm, spenning, kapasitans og resistans (Vekt 20 %) A) B) Figur 1

IN1020. Sekvensiell Logikk

INF1400. Sekvensiell logikk del 1

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

LABORATORIEOPPGAVE NR 6. Logiske kretser - DTL (Diode-Transistor Logic) Læringsmål: Oppbygning

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

EKSAMEN I FAG TFE4101 KRETS- OG DIGITALTEKNIKK

En mengde andre typer som DVD, CD, FPGA, Flash, (E)PROM etc. (Kommer. Hukommelse finnes i mange varianter avhengig av hva de skal brukes til:

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i læreboken. Oppbygging av flip-flop er og latcher. Kort om 2-komplements form

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

IN 241 VLSI-konstruksjon Løsningsforslag til ukeoppgaver uke 36

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Onsdag 15. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

Dagens temaer. Sekvensiell logikk: Kretser med minne. D-flipflop: Forbedring av RS-latch

INF3400 Del 1 Teori og oppgaver Grunnleggende Digital CMOS

UNIVERSITETET I OSLO

TFE4101 Krets- og Digitalteknikk Høst 2016

UNIVERSITETET I OSLO

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2018

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Onsdag 15. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

LØSNINGSFORSLAG 2006

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Sekvensiell logikk. Flip-flop er

Løsningsforslag eksamen inf 1410 våren 2009

Løsningsforslag INF1400 H04

Oppgave 1 (30%) a) De to nettverkene gitt nedenfor skal forenkles. Betrakt hvert av nettverkene inn på klemmene:

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2017

Repetisjon. Sentrale temaer i kurset som er relevante for eksamen (Eksamen kan inneholde stoff som ikke er nevnt her)

Figur 1: Pulsbredderegulator [1].

INF1400. Digital teknologi. Joakim Myrvoll 2014

Repetisjon digital-teknikk. teknikk,, INF2270

Låsekretser (latch er) SR latch bygget med NOR S R latch bygget med NAND D latch. Master-slave D flip-flop JK flip-flop T flip-flop

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Fredag 25. mai Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

UNIVERSITETET I OSLO.

Transkript:

Del 9: Dynamisk CMOS NGVR ERG I. Innhold Dynamiske retser blir gjennomgått. Problemer med dynamiske kretser diskuteres. Domino logikk og dual-rail domino logikk blir presentert. Problemer med ladningsdeling blir diskutert og en forenklet modell blir presentert. Ulike metoder for blir introdusert. Kretser med blødertransistorer (keepers) blir diskutert i tillegg til NP domino- og Zipper domino logikk. Modeller for beregning av logisk effort og tidsforsinkelse i kjeder med dynamiske porter blir introdusert. lle henvisninger til figurer er relevant for Weste & Harris [].. Innhold.. Introduksjon til dynamiske kretser. Kapittel 8..4 side 97-99.. Domino logikk. Kapittel 6..4. side 99 -. 4. Dual-rail domino logikk. Kapittel 8..4. side -. 5. Ladningsdeling. side. 6. Precharge av interne noder i nedtrekket. Kapittel 8..4.4 side - 4. 7. lødere (keepers). Kapittel 8..4. side -. 8. Logisk effort i dynamiske kjeder. Kapittel 8..4.5 side 4-5. 9. NP og Zipper domino. Kapittel 8..4.7 side 6-7. II. Introduksjon til dynamiske kretser (Kapittel 8..4 side 97-99) Poenget med pseudo nmos, ganged CMOS, SFPL og CVLS logikk er å redusere inngangskapasitansen ved å unngå å koble inngangene til pmos transistorer. Ulempene med disse logikkstilene er knyttet delvis til signifikant statisk effektforbruk, spesielt for pseudo nmos og ganged CMOS, men i første rekke økning i tidsforsinkelse for transisjoner fra til. lle logikkstilene er statiske, dvs. det vil til enhver tid være transistorer som er skrudd PÅ og som bidrar til å holde en utgang stabil til en riktig spenningsreferanse, eller, uavhengig av tid. Dynamiske porter eller kretser er grunnleggende forskjellige fra statiske porter ved at de for enkelte inngangsmønstre vil ha tilstander der utgangen ikke drives. Et eksempel kan være at utgangen for en port i utgangspunktet er logisk, men der hverken opptrekk eller nedtrekk er PÅ slik at utgangen ikke er sikret å beholde sin logiske verdi gjennom drivegenskaper i porten. For en slik port er det to forhold som er viktige:. ndre kretser eller porter som har portens utgangssignal som inngang kan ikke forvente å kunne tolke signalet korrekt utover en liten tidsperiode. Vi kan ikke anta at en dynamisk port er i stand til å sikre en stabil logisk utgang utover en kort tidsperiode som er avhengig av last og lekkasje.. Dersom det er alternative porter som driver samme utgang, som for eksempel tristate porter er det ikke problemer med dynamiske (ikke drevne) utgangssignaler. Dersom et signal er bestemt av en dynamisk port må vi sørge for at utgangssignalet blir generert ofte nok, dvs. med kort tidsintervall, slik at signalet til enhver tid er gyldig. Det er derfor vanlig å benytte klokkesignaler til å synkronisere dynamiske porter. / 4/ (a) (b) (c) Fig.. (a) Komplementær inverter, (b) pseudo nmos inverter og (c) dynamisk inverter. (FIG8.) Komplementær-, pseudo nmos- og dynamisk inverter er vist i Fig.. Den dynamiske inverteren (c) har liten kapasitiv inngangslast for inngangssignalet. Dette tilsvarer en pseudo nmos inverter, men i motsetning til pseudo nmos inverteren er pmos transistoren styrt av et klokkesignal som svitsjer mellom ogogdermedskrurpmostransistorenpåogv. Fig.. Evaluer Precharge og evaluering av dynamiske porter. (FIG8.) Klokkesignalet og utgangen påendynamiskinverterer vistifig.. Når klokkesignalet er vil utgangen trekkes opp til via pmos transistoren som er skrudd PÅ. Vi kaller denne perioden for. Her er det viktig at inngangsignalet ikke overstyrer klokkesignalet og samtidig trekker utgangen mot. Vi må altså forutsette at er når er. I evalueringsperioden (fasen) når klokkesignalet er kan utgangen trekkes ned til dersom er. I evalueringsperioden evaluerer porten inngangsignalet, eller inngangsignalene dersom det er snakk om en mer kompleks port. For at denne porten skal kunne anvendes må det være en nøye sammenheng mellom, eller synkronisering av, og inngangen. Inngangen kan ikke tillates åblifør klokkesignalet er. En endring av den dynamiske inverteren som er vist i Fig. vil resultere i en port som er mer robust og mindre avhengig av synkronisering mellom og inngangssignal. For denne porten vil utgangen alltid trekkes opp til når er uavhengig av inngangssignalet. Vi kaller denne varianten av dynamiske porter for footed porter. En transistor i tillegg i nedtrekket vil påvirke logisk effort og parasittisk tidsforsinkelse for de logiske portene.. Footed inverter De to implementasjonene av dynamisk inverter som er vist i Fig. 4 vil ha ulik logisk effort og parasittisk tidsforsinkelse. For ikke-footed dynamisk inverter har vi:

være lik R. Forholdet mellom motstanden for hver av nmos transistorene i en NND port og motstanden i nmos transistoren i en enhetsinverter er gitt av: R n = W enhets nmos R = R. () I dette aktuelle tilfellet er dette / =/. Vi ser at det effektive nedtrekket i porten tilsvarer nedtrekket i en enhetsinverter. For footed inverter har vi: Fig.. Footed dynamisk inverter. (FIG8.) g d = = ( + ) = Wn Wn = ( P d = + ) R (W p + ) C W ( n = ) + R ( + ) C = RC = τ. (4) gd = / Pd = / gd = / Pd =. Footed NND port Fig. 4. Dynamisk invertere. (FIG8.5) g d = Wn = P d = R C = RC = τ, () der det for ikke-footed dynamisk inverter ved opptrekk er forutsatt at =. Det er viktig å være klar over at logisk effort og parasittisk tidsforsinkelse for opptrekk er mindre viktig enn logisk effort og parasittisk tidsforsinkelse for nedtrekket. Dette skyldes at i en vanlig anvendelse av dynamiske porter vil en kjede av logiske porter s samtidig (i parallell), mens nedtrekket vil påvirkes av kjedens lengde. Vi kan beregne den effektive motstanden i nedtrekket: R nedtrekk = (R n + R n) ( = + ) R W ( n = + R ) = R. () Hver for seg representerer nmos transistorene en motstand lik (/)R og tilsammen i en kjede vil den effektive motstanden Fig. 5. gd = / Pd = gd = Pd = 4/ Dynamisk NND porter. (FIG8.5) De to implementasjonene av dynamisk inngangs NND porter som er vist i Fig. 5 vil ha ulik logisk effort og parasittisk tidsforsinkelse. For ikke-footed inngangs dynamisk NND port har vi: g d = ( P d = ) + R ( + ) C = RC = τ, (5)

der det for ikke-footed dynamisk NND port ved opptrekk er forutsatt at eller =. For footed inngangs NND port har vi: g d = ( ) + + = ( ) = ( P d = + ) + R ( + ) C = 4RC = 4 τ. (6) En footed NOR port vil få en større relativ økning i parasittisk tidsforsinkelse enn en footed NND port, fordi antall nmos transistorer i nedtrekkskjeden dobles, mens antallet for NND porten økes fra (n) til (n+). D. Precharge og evalueringsdetaljer = Footed Evaluer C. Footed NOR port NOR = gd = / Pd = gd = / Pd = 5/ Fig. 6. Dynamisk NOR porter. (FIG8.5) Footed De to implementasjonene av dynamisk inngangs NOR porter som er vist i Fig. 6 vil ha ulik logisk effort og parasittisk tidsforsinkelse. For ikke-footed inngangs dynamisk NOR port har vi: g d = P d = R ( + ) C = RC = τ, (7) der det for ikke-footed dynamisk NOR port ved opptrekk er forutsatt at og =. For footed inngangs NOR port har vi: g d = = ( + ) ( + ) Fig. 7. Precharge og evaluering av dynamiske invertere. = ( P d = ) + R (++)C = 5RC = 5 τ. (8) Detaljert og evaluering av en footed- og ikke footed dynamiske invertere er vist i Fig. 7. I det første tilfellet når = vil footed inverter fungere riktig, dvs. inverteren vil s riktig til og utgangen trekkes ned til ( = ) i evalueringsfasen. Ikke-footed inverter vil ikke s til fordi pmos transistoren er for svak i forhold til nmos transistoren.

I tilfelle to når = vil begge inverterne s til. nmos transistoren i ikke-footed inverter er skrudd V. Når klokkesignalet er i evalueringsfasen vil utgangen på inverterne være udrevet (tristate) og vil ikke endre verdi dersom denne perioden (evalueringsfasen) er tilstrekkelig kort (dvs. frekvensen på klokkesignalet er tilstrekkelig høy). I tilfelle tre antar vi at er i første periode for åsåå svitsje til i løpet av evalueringsperioden. Ikke-footed inverter vil ikke kunne s til på grunn av nmos transistoren som drar utgangen til. I første del av evalueringsperioden vil utgangen påbegge inverterne dras ned til fordi pmos transistorer stenges og nedtrekkene skrus PÅ. egge inverterne har nå riktigverdi( = ). I siste del av evalueringsperioden når endres fra til vil utgangene på begge inverterne forbli lave fordi begge pmos transistorene er skrudd V. I dette tilfellet er både opprekk og nedtrekk for begge inverterne V og utgangen drives ikke og vil ligge på samme verdi som i første del av evalueringsperioden. Dette vil representere en feil verdi fordi utgangen er i denne perioden lik inngangen ( = ). I det siste tilfellet antar vi at er i første periode for åsåå svitsje til i løpet av evalueringsperioden. egge inverterne s riktig i første periode og vil beholde verdien logisk i første halvdel av evalueringsperioden fordi =. I siste halvdel av evalueringsperioden vil utgangen på begge inverterne endres til logisk fordi =,somerriktig verdi. Hvis vi bare ser på evalueringsperioden vil det ikke være forskjell på footed- og ikke-footed inverter. Vi kan dermed slå fast at det å introdusere footed inverter ikke vil resultere at dynamiske porter vil evaluere (virke) riktig. sammenkobling av flere dynamiske porter i en kjede vil problemet forsterkes utover i kjeden. Problemet er at vi r inngangene til nmos transistorene i nedtrekkskjedene til og dermed er transistorene skrudd PÅ. For å kunne garantere riktig utgang må inngangene til transistorer ved sørge for at transistorene er skrudd V. E. Mål Forstå fundamentale problemer med footed og ikke-footed dynamiske porter. F. Notater Evaluer Riktig verdi trekkes ned for tidlig Fig. 8. Precharge og evaluering av footed dynamiske invertere. (FIG8.7) Evalueringsproblemet for en footed inverter er vist i Fig. 8. Under vil både og være logisk. Helt i starten av evalueringsperioden vil trekkes ned, dersom vi antar at er. Samtidig vil trekkes ned fordi er er idet svitsjer fra til. vil ikke bli trukket ned til før er blitt trukket ned mot. Den riktige verdien for skal være fordi er, med det er ikke mulig åtrekke opp mot når utgangen er lav, før neste periode. I dette tilfellet var det kritisk at rakk å respondere på før fikk sin riktige verdi. Ved

III. Domino logikk (Kapittel 8..4. side 99 - ) W Z S D S D S D S D C Fig. 9. Domino logikk. (FIG8.8a) S4 S5 S6 S7 Vi kan unngå det grunnleggende problemet med footed dynamisk logikk ved å sette inn en inverter, eller et odde antall inverterende porter, mellom hver dynamisk port som vist i Fig. 9. Vi kaller denne logikkstilen domino logikk. For porten med utgang vil inngangen fra en tilsvarende port via en inverter alltid være under. W C Z Z D4 D5 Fig... Notater D6 D7 Domino logikk multiplekser. (FIG8.9) Evaluer W Z Fig.. Domino logikk. (FIG8.8bc) Detaljer for domino logikk er vist i Fig.. Vi antar at = ved. Legg merke til at det ikke er nødvendig åforutsette at inngangen og C er ved fordi nedtrekket er skrudd av ved hjelp av og. Legg merke til at dersom vi kan forutsette at ett av inngangssignalene i nedtrekkskjeden i domino logikk er vil det ikke være nødvendig med den nederste transistoren i nedtrekket. Vi kan med andre ord bruke en ikke-footed dynamisk port. En domino implementasjon av en 8inngangs multiplekser er vist i Fig.. Vi antar at alle kontrollsignalene S S 7 er ved.. Mål Kunne implementere ulike logiske funksjoner ved hjelp av domino logikk. Vi kan anta at er en invertert utgang fra en domino port.

IV. Dual-rail domino logikk (Kapittel 8..4. side - ) Ferdig _l _h Innganger f f _l Innganger f f _h Fig.. Dual-rail domino logikk. (FIG8.a) En domino logikk variant er vist i Fig.. Vi ser at porten ligner på en CVLS port, med komplementære nedtrekkskjeder og komplementære utganger. Istedet for krysskoblede pmostransistorer som vi har i CVLS porter er de her erstattet med pmos transistorer. I tillegg er det en klokket nmos transistor til GND som for footed dynamisk logikk. Vi kaller denne varianten for dual-rail domino logikk. egge utgangene l og h blir t til. En av utgangene blir trukket ned til i evalueringfasen, mens den andre utgangen forblir høy. Fig. 4.. Notater Dual-rail domino logikk med ferdig deteksjon. (FIG8.) l h h l l h Fig.. Dual-rail domino logikk. (FIG8.b) Et eksempel på dual-rail domino logikk er vist i Fig.. Utgangene vil være henholdsvis l = l + l = l l = h h = og h = l =. Dual-rail domino logikk kan brukes der det er behov for iverterte signaler. Ved å koble en inngangs NND port direkte til inngangen til inverterne som vist i Fig. 4 får vi et signal som varsler om at evalueringen i den dynamiske porten er ferdig. Når porten s vil begge inngangene til NND porten være og utgangen Ferdig være. Når den dynamiske porten evaluerer vil en av inngangene til NND porten bli trukked ned til og utgangen på NND porten vil dermed trekkes opp til.. Mål Kunne implementere ulike funsjoner ved hjelp av dual-rail domino logikk.

V. Ladningsdeling (side ) Et viktig problem knyttet til dynamisk logikk er ladningsdeling. P N N Z C C Dersom utgangskapasitansen (lasten), i dette tilfellet C,erstor i forhold til interne kapasitanser, i dette tilfellet C,vildetikke bli en signifikant endring av utgangen. Transistoren N vilstengefør trekkes helt opp til fordi det ikke vil være en effektiv gate source spenning V gs = V DD V som er tilstrekkelig høy for at transistoren er skrudd PÅ. I dette tilfellet vil body effekt bidra til å redusere effekten av ladningsdeling. Dette betyr at V <V og at V faller mindre enn antatt med forenklet analyse.. Mål Kunne modellere ladningsdeling i dynamiske porter ved hjelp av forenklet analyse.. Notater N C Fig. 5. Ladningsdeling i en dynamisk port.) Den dynamiske porten i Fig. 5 vil bli t til når =. Vi kan anta følgende situasjon: Precharge: =og = = etterfulgt av evaluate: =, = og =. Vi antar at noden = i slutten av perioden. I starten av evalueringsperioden vil inngangen stige og skru på transistoren N. En strøm i N vil ikke bare sørge for at spenningen på noden stiger, men ikke minst at utgangen faller fordi pmos transistoren vil være skrudd av under evaluering. Vi har i denne situasjonen en logisk høy utgang, men med en begrenset ladning knyttet til utgangskapasitansen C. Noe av denne ladningen vil flyttes via transistoren N til noden. Effekten av dette er at spenningen på stiger og utgangsspenningen faller. En forenklet analyse gir Evaluer ΔV ΔV Fig. 6. Endring i spenninger ved ladningsdeling i en dynamisk port. ΔV = ( C C + C ) V DD. (9) V = V DD ΔV V V. () v denne analysen er det lett å se at den kritiske faktoren er endring i utgangssignalet. Dersom endringen er liten slik at etterfølgende porter ikke har problemer med åtolke som logisk vil effekten av ladningsdelingen ikke være signifikant. Vi tar ikke hensyn til body effekt og terskelspenning.

VI. Precharge av interne noder i nedtrekket (Kapittel 8..4.4 side - 4) VII. lødere (keepers) (Kapittel 8..4. side - ) En viktig begrensing for dynamiske porter er ladningslekkasje. Dersom frekvensen på klokkesignalet er relativ lav og/eller porten har betydelig lekkasje kan utgangsspenningen falle signifikant i evalueringsfasen selv om nedtrekket er skrudd V. Dette problemet kommer i tillegg til ladningsdeling. b Fig. 7. Precharge av interne noder i nedtrekket. (FIG8.4) Vi kan redusere problemer med ladningsdeling i dynamiske porter ved å bruke transistorer i tillegg til å utgangen. Ved å interne noder i nedtrekket som kan tenkes å utgjøre et problem ved ladningsdeling reduseres ladningsdelingen og portens robusthet vil øke. Ulempen i tillegg til større areal er økt parasittisk kapasitans i nedtrekk (noden ) som vil bidra til å øke parasittisk tidsforsinkelse ved nedtrekk. Ved vil de interne nodene som s til også bli tyngre å dra ned til fordi det vil være en høy spenning (mye ladning) som må fjernes. Dette vil bidra til ytterligere å øke parasittisk tidsforsinkelse for nedtrekket. En annen ulempe er at lasten knyttet til klokkesignalet øker. Fig. 8. Statisk bløder. For å redusere et uønsket fall i utgangsspenning på endynamisk port er det vanlig å bruke en relativt svak transistor som er PÅ når utgangen er. En slik transistor kalles en bløder (keeper). løderetransistoren må være tilstrekkelig stor dvs. bredde/lengde, slik at transistoren klarer å holde utgangen høy når nedtrekket er skrudd V. En statisk blødertransistor er vist i Fig. 8. lødertransistoren vil øke parasittisk tidsforsinkelse på grunn av en økning i den effektive nedtrekksmotstanden tilsvarende som for pseudo nmos og på grunn av en økt kapasitans (last) på utgangen.. Mål Kunne redusere problemer med ladningsdeling i logiske porter ved å bruke transistorer for av interne noder i nedtrekk.. Notater k Fig. 9. Dynamisk bløder. (FIG8.) En dynamisk blødertransistor er vist i Fig. 9. Denne transistoren vil ikke bare bidra til å holde en er på utgangen, men også øke den effektive motstanden i starten av et nedtrekk og dermed øke parasittisk tidsforsinkelse for nedtrekket både gjennom økningen i effektiv motstand og ved økt kapasitans på utgangen. Når nedtrekket er PÅ vil trekkes ned mot og mot og dermed skru av bløderen. I tillegg til en økt kapasitans for noden, vil utgangen få vi en økt kapasitans på grunn av tilkobling til pmos bløderen. Det er vanlig å dimensjonere bløderen W p = minimum og L p = stor som vil gi en liten tilleggskapasitans for, men en relativt stor tilleggskapasitans for. Økningen i tidsforsinkelse for kan begrenses ved å redusere lengden på blødertransistoren. Det er vanlig åbegrense strømmen i bløderen ved å koble til en statisk bløder mellom

stor L minimum holdes høy eller det er fare for ladningsdeling. Som krets ligner denne porten mer på en statisk- enn dynamisk port. Ulempen med denne porten er økt kapasitans på utgangen som vil gi relativt stor tidsforsinkelse. Vi trenger imidlertid ikke forutsette noe om inngangssignalene under og utgangen kan dermed kobles direkte til en tilsvarende krets på utgangen.. Mål Kunne benytte ulike blødertransistorer (keepers) ved implementasjon av robuste dynamiske porter.. Notater Fig.. Dynamisk port med statisk og dynamisk bløder. (FIG8.4) V DD og den dynamiske bløderen der lengden på denstatiske bløderen kan være stor. Den statiske blødertransistoren vil fungere som en strømbegrenser. En dynamisk port med både statisk og dynamisk bløder er vist i Fig.. l h h l l h Fig.. Differensiell dynamisk port med dynamisk bløder. (FIG8.5) I Fig. er det vist en differensiell dynamisk port med dynamisk bløder. Denne porten minner om CVSL logikk. Denne kretsen er rask fordi pmos transistorene ikke vil redusere hastigheten for nedtrekket. 4 4 Fig.. Støyrobust. Et alternativ til dynamisk bløder er vist i Fig.. Funksjonen er inngangs NND og vil trekke aktivt høy når eller er. Dette aktive opptrekket medfører at kretsen blir støyrobust i tillegg til at det ikke vil være signifikant lekkasje når utgangen skal

VIII. Logisk effort i dynamiske kjeder (Kapittel 8..4.5 side 4-5) * INF4 Del 6: Optimalt antall porter i en kjede[], (Kapittel 4.. side 78-8) H Footed g = / g = 5/6 G = 5/8 Fig.. g = / g = 5/6 G = 5/9 Logisk effort i dynamiske kjede. (FIG8.4) Footed- og ikke-footed dynamiske invertere er vist i Fig.. For en dynamisk inverter vil det være større parasittisk tidsforsinkelse når porten skal s enn tidsforinkelse ved evaluering (eventuelt nedtrekk). Det er derfor vanlig åbruke high-skew statiske porter i tilknyttning til dynamiske porter. En high-skew inverter, med W p =og =/, har logisk effort for opptrekk g u =5/6. Vi kan beregne logisk effort i kjeden bestående av en ikke-footed dynamisk inverter og en statisk high-skew inverter som: G u = 5 6 = 5 8 G d = 5 = 9. () Fig. 4. Logisk effort i dynamiske kjede. (FIG8.4b). Eksempel GittkretseniFig. 4medenhigh-skewstatiskNORport, med logisk effort g u =/. nta at 4inngangs NND portene er footed, med = 5 som vil en effektiv nedtrekksmotstand lik R og logisk effort for nedtrekket g d =5/. Vi kan beregne logisk effort og tidsforsinkelse i kjeden ved at de dynamiske NND portene trekker begge inngangssignalene til NOR porten lave og dermed trekkes utgangen av NOR porten høy: G u = 5 = 5 ( P u = (5C + C) R + 4+ ) R = RC = τ. () Vi har N =ogf = F =(Gu H) = 5H,derH er er elektrisk effort i kjeden. Tidsforsinkelse i kjeden er gitt av: D = NF N + P u ( ) 5H = +. (4) H H Forenkjedemedenfooteddynamiskeinvertereogenstatisk inverter får vi: Fig. 5. H Logisk effort i dynamiske kjede. (FIG8.4a) G u = 5 6 = 5 9 G d = 4 5 = 9. () For en kjede av statiske invertere som skal drive en last er den optimale port effort lik 4 []. Når vi benytter dynamiske porteridominokjedererdetfornuftigå redusere port effort til mellom og 4. Gitt kretsen i Fig. 5 med high-skew statiske invertere, med logisk effort g u =5/6. nta at 4inngangs NND portene er footed med = 5. Vi kan beregne logisk effort og tidsforsinkelse i kjeden når utgangen er høy: G u = 5 5 6 5 6 = 5 8 P u = (5C + C) R + ( + ) ( R +(C + C) R + + ) R Eller mer presist lik.59. 4 dersom det bare er dynamiske porter og dersom det er et stort innslag av statiske porter i kjeden.

= 5RC = 5τ. (5) I. NP og Zipper domino (Kapittel 8..4.7 side 6-7) Vi har N =4ogf = F 4 =(Gu H) 4 = (5/8K) /4, der H er er elektrisk effort i kjeden. Tidsforsinkelse i kjeden er gitt av: D = 4 ( 5H ) 4 +5. (6) 8 nedtrekk opptrekk nedtrekk 8 N = 6 N = 4 Til andre opptrekk Til andre nedtrekk Fig. 7. NP domino. (FIG8.46a) D 4 4 5 6 7 8 9 H Fig. 6. Tidsforsinkelse i dynamiske kjeder som funksjon av elektrisk effort i kjeden. (FIG8.4c) En annen variant av dynamisk porter er vist i Fig. 7. Her har man alternerende med og for nedtrekk og opptrekk. Denne varianten kalles NP domino eller NOR domino. Her vil t verdi for den første porten være som kan brukes direkte inn på en pmos transistor (V). Neste port r i samme periode, men da s utgangen til som kan kobles direkte inn på en nmos transistor. Til andre nedtrekk Til andre opptrekk I Fig. 6 er tidsforsinkelse i de to kjedene vist som funksjon av kjedens elektriske effort H. Når elektrisk effort er liten, dvs. mindre enn, lønner det seg å velge varianten med to porter (N = ). Varianten med 4 porter (N = 4) har tidsforsinkelse som i svært liten grad er påvirket av kjedens elektriske effort.. Mål Kunne beregne logisk effort og tidsforsinkelse i kjeder med dynamiske porter. C. Notater opptrekk nedtrekk nedtrekk Til andre opptrekk Til andre nedtrekk Fig. 8. NP domino. (FIG8.46c) NP domino logikk kan utvides ved å benytte statiske invertere slik at utgangene på en t port kan brukes i både opptrekk on nedtrekk som vist i Fig. 8. Zipper domino er tilsvarende NP domino logikk der klokkesignaler har redusert sving, dvs. svinger mellom og V DD V tp og svinger mellom V tn og V DD. Precharge transistorene vil da fungere som blødere.. Mål Kunne anvende NP domino logikk.

. Indeks løder 8 CVSL 9 Domino logikk 5 Dual-rail domino logikk 6 Dynamiske porter Evaluering Footed porter High-skew Keeper 8 Kokkesignaler Ladningsdeling 7 Ladningslekkasje 8 Nora domino NP domino Precharge Pseudo nmos 8 Statiske porter Tristate porter Zipper domino References [] Neil H.E. Harris og David M. Harris Integrated Circuit Design fjerde utgave, ISN : --69694-8, ISN : 978-- -69694-6, Pearson. [] ngvar erg INF4 Del:6