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

Like dokumenter
UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

PENSUM INF spring 2013

Tips og triks til INF3400

Løsningsforslag DEL1 og 2 INF3400/4400

Løsningsforslag DEL1 og 2 INF3400/4400

Del 6: Tidsforsinkelse i logiske kjeder

Del 5: Statisk digital CMOS

TI dsforsinkelse i kjeder med logiske porter. Beregning av

Formelsamling INF3400 Våren 2014 Del 1 til 8 YNGVAR BERG

MO deller for tidsforsinkelse i logiske porter blir gjennomgått.

Del 4: Moderne MOS transistor modell, transient simulering og enkle utleggsregler

MO deller for tidsforsinkelse i logiske porter blir gjennomgått.

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

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 13 Våren 2007

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 13 og 14

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 8

Obligatorisk oppgave 2 i INF4400 for Jan Erik Ramstad

EN kle modeller for MOS transistor kapasitanser gjennomgås,

Del 9: Dynamisk CMOS

Obligatorisk oppgave 4 i INF4400 for Jan Erik Ramstad

CMOS inverter DC karakteristikker og hvordan transistorstørrelser

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

IN 241 VLSI-konstruksjon Løsningsforslag til ukeoppgaver 25/ uke 39

EN kle modeller for MOS transistor kapasitanser gjennomgås,

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

Konstruksjon av gode ledninger

Forelesning 8. CMOS teknologi

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

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

TR ansistormodellen utvides med en modell for strøm i

TR ansistormodellen utvides med en modell for strøm i svak

GJ ennomgang av CMOS prosess, tverrsnitt av nmos- og

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

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 12

GJ ennomgang av CMOS prosess, tverrsnitt av nmos- og

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

INF3400 Forel. # Avansert CMOS. INF3400 Forelesning #15 Øivind Næss

TFE4101 Krets- og Digitalteknikk Høst 2016

Oversikt. Avansert CMOS. INF3400 Del Skalering Transistorskalering Interconnect -skalering Teknologi roadmap

INF3400 Del 5 Statisk digital CMOS

IN 241 VLSI-konstruksjon Løsningsforslag til ukeoppgaver uke 36

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

Lab 1 i INF3410. Prelab: Gruppe 5

CMOS med transmisjonsporter blir presentert, herunder

GJ ennomgang av CMOS prosess, tversnitt av nmos- og

CMOS med transmisjonsporter blir presentert, herunder

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

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

INF 5460 Elektrisk støy beregning og mottiltak

Forelesning nr.10 INF 1411 Elektroniske systemer

UNIVERSITETET I OSLO.

Forelesning nr.9 INF 1411 Elektroniske systemer. Transistorer MOSFET Strømforsyning

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Del 15: Avansert CMOS YNGVAR BERG

KONVENSJONELLE latcher og vipper i CMOS blir gjennomgått.

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk LøsningsforslagOppgaver DEL 15 Våren 2007

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 høsten 2005

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

IN troduksjon til CMOS fabrikasjonsprosess. Stick diagrammer

INF3400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 9

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Lab 5 Enkle logiske kretser - DTL og 74LS00

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2017

INF3400/4400 Digital Mikroelektronikk Løsningsforslag DEL 12 og 13 Våren 2006

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

FYS1210 Løsningsforslag Eksamen V2018

Eksamensoppgave i TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

g m = I C / V T = 60 ms r π = β / g m = 3k3

Forelesning 4. Binær adder m.m.

INF3400 Del 1 Teori og oppgaver Grunnleggende Digital CMOS

Forelesning nr.11 INF 1411 Elektroniske systemer

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Mandag 4. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

EKSAMEN Løsningsforslag Emne: Fysikk og datateknikk

FYS1210. Repetisjon 2 11/05/2015. Bipolar Junction Transistor (BJT)

Forslag til løsning på Eksamen FYS1210 våren 2004

Forslag til løsning på eksamen FYS1210 V-2007 ( rev.2 )

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

g m = I C / V T g m = 1,5 ma / 25 mv = 60 ms ( r π = β / g m = 3k3 )

LABORATORIERAPPORT. Halvlederdioden AC-beregninger. Christian Egebakken

Prosjektrapport. INF Prosjekter i analog/mixed-signal CMOS konstruksjon. Henrik Hagen og Mats Risopatron Knutsen

LØSNINGSFORSLAG 2006

Forslag til løsning på eksame n FY-IN 204 våren 2002

INF L4: Utfordringer ved RF kretsdesign

Del 11: Latcher og vipper

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN FY1013 ELEKTRISITET OG MAGNETISME II Fredag 9. desember 2005 kl

Løsningsforslag til regneøving 5. Oppgave 1: a) Tegn tegningen for en eksklusiv eller port ved hjelp av NOG «NAND» porter.

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Forslag B til løsning på eksamen FYS august 2004

LABORATORIERAPPORT. RL- og RC-kretser. Kristian Garberg Skjerve

Kontinuasjonseksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Mandag 4. august Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

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

UNIVERSITETET I OSLO.

Fasit til Eksamen FY-IN 204 våren (avholdt høsten) 1998.

Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK. Lørdag 5. juni Tid. Kl LØSNINGSFORSLAG

WORKSHOP BRUK AV SENSORTEKNOLOGI

Transkript:

Eksamen Vår 2006 INF400 INF400 Eksamen vår 2006 0.06. /9 Oppgave a Gitt funksjonen Y (A (B + C) (D + E + F)). Tegn et transistorskjema (skjematikk) i komplementær CMOS for funksjonen. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 2/9

b Anta at alle pmos transistorer er like (størrelse) og alle nmos transistorer er like. Hvordan vil du dimensjonere transistorene i porten slik at worstcase (maks.) stige- og falltid blir like? Du kan anta at mobiliteten for nmos transistorer er dobbelt så stor som mobiliteten for pmos transistorer. For hvilke inngangsverdier vil porten ha minst stigetid/falltid? Vil minimum stigetid og falltid være like? Finn effektiv motstand i opptrekk og nedtrekke som gir minimum stige- og falltider. Det er pmos transistorer i serie i den lengste strømveien fra utgangen til VDD og nmos transistorer i serie i den lengste strømveien fra utgangen til gnd. Vi antar at mobilteten er halvparten for pmos transistorer i forhold til nmos transistorer og velger derfor bredde lik 2 på alle pmos tranistorer og på alle nmos transistorer. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. /9 Løsning b forts. Porten vil ha minst stigetid for A B C D E F 0. Porten vil ha minst falltid når A B C D E F. Lastkapasitansen ved positiv transisjon når A B C D E F 0 blir ca. 5C diff og effektiv motstand blir R stige R 2R R (6/)R som vil bet en stigetid på ca. τ stige (6/)R 5C diff (90/)RC diff. Lastkapasitansen ved negativ transisisjon når A B C D E F blir ca. C diff og effektiv motstand blir R fall R + R R + R R R R + (/2)R + (/)R (/6)R. Dette gir falltid på ca. τ fall (/6)R C diff (4/6)RC diff. Forholdet mellom fall- og stigetid blir ((4/6)/(90/)) 2.9. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 4/9

c Anta at minimumsbredde på transistorer er 0.2μ. Anta videre at minimums kontaktstørrelse er 0.μm og at minumumsoverlapp mellom metall og diffusjon (md), inkludert kontakt, er 0.25μm. Anta at porten ikke driver andre porter, dvs. ingen ekstern last, og beregn lastkapasitansen på portens utgang ved worst case. Bruk enkle modeller og anta at C jbs.5ff/μm 2 og C jbssw 0.fF/μm. Anta videre at diffusjonsområdet strekker seg 0.2μm ut fra gaten (polsilisium). Vi antar at et diffusjonsomåde for source/drain for en minimumstransistor er 0.4μm 0.2μm. Vi uttrkker diffusjonskapasitanser som funksjon av transistor-bredde C diff (W 0.2μm)C jbs + (2W + 0.4μm)C jbssw W (0.2μm C jbs + 2 C jbssw ) + 0.4μm C jbssw W (0.fF/μm + 0.2fF/μm) + 0.04fF W 0.5fF/μm + 0.04fF 0.2μm 0.5fF/μm + 0.04fF 0.4fF INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 5/9 Løsning c forts. Utgangslasten blir like ved positiv og negativ transisjon: C diff-utgang 7 2 C diff-minimum + 7 C diff-minimum 2 C diff-minimum 2.94fF INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 6/9

d Anta at utgangen skal drive en minimumsinverter (enhetsinverter). Bruk Elmore forsinkelsesmodell og finn tidsforsinkelse når inngangene er A C F, B D E 0. Anta at t ox 50Å og at minimum lengde er 0.2μm Vi starter med å finne gate-kapasitans for en minimumstransistor. C C gmin 4.9 8.85 0 8 50 0 C 0.2μm 0.2μm ox ox 0.5fF INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 7/9 Løsning d forts. Lastinverteren vil bidra med i alt C g C gmin.05ff. Vi bruker Elmore forsinkelsesmodell: t pd 5C diff min 2RC R + C diff min diff min + 9RC gmin 2R + (7C diff min 2 kω 0.4 ff + 9 kω 0.5 ff.4ps + 9.45ps 22.85ps + C gmin )R Det er riktig å dimensjonere slik at effektiv motstand i worst case nedtrekk og opptrekk blir lik R, dette betr at vi må velge transistorbredder som er ganger så brede. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 8/9

Oppgave 2 2a Finn logisk effort for portene og kritisk signalvei (den som vil gi størst tidsforsinkelse) i kjeden. Anta at utgangen Y skal drive 4 enhetsinvertere. Finn elektrisk effort for portene og kjeden. Hva blir kjedens effort F? INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 9/9 Løsning 2a: 2inngangs NAND (NAND2) porten har logisk effort lik 4/, NAND port har logisk effort lik 5/ og invertere har logisk effort lik. Logisk effort for kjeden fra inngang D, E og F blir 5 5 G 25 9 Vi konsentrerer oss om kritisk signalvei. Inverterne i starten har elektrisk effort lik v/, NAND-porten etter inverterne har elektrisk effort lik w/v og NAND-porten som driver utgangen har elektrisk effort lik 2/w. Kjedens elektriske effort blir lik H 4 / 2/. Kjedens effort F GH (25/9) (2/). INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 0/9

INF400 Eksamen vår 2006 0.06. /9 2b Hva blir optimal port-effort for portene i kritisk signalvei i kjeden? Finn kjedens parasittiske tidsforsinkelse og minimum kjedeforsinkelse. Anta videre at parasittisk tidsforsinkelse skal utgjøre halvparten av minimum kjedeforsinkelse. Finn en verdi for slik at parasittisk tidsforsinkelse utgjør halvparten av minimum kjedeforsinkelse. Kjedens optimale port effort blir 00 9 2 25 2 9 25 ' F f N INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 2/9 Løsning 2b forts. Parasittisk tidsforsinkelse for kjeden blir P + + 7. Minimum kjedeforsinkelse blir: Vi antar at parasittisk kjedeforsinkelse er halvparten av minimum kjedeforsinkelse, som gir: 7 00 + + P NF D N 2.6 7 900 00 00 00 P P P

2c Finn transistorstørrelser som gir minimum kjedeforsinkelse når parasittisk kjedeforsinkelse er halvparten av minumum kjedeforsinkelse. Vi starter med å finne optimal port-effort 00 f ' 2.6 2.4 Vi starter bakerst i kjeden: 5 2 w 8.5 f ' Som gir transistorstørrelse 5 for nmos transistorene og 5 (2/) for pmos transistorene som tilsvarer w 5 + 0/ 8.. Løsningen finnnes ved (2/)x + x 8.5. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. /9 Løsning 2c forts. Videre har vi: w v f '.5 som gir nmos transistorstørrelse 2 for nmos transistorene og 2 (2/) 4/ for pmos transistorene som tilsvarer v 2 + 4/.. Som kontroll kan vi sjekke : 5 v f ' 2.4 som gir nmos transistorstørrelse 0.8 og pmos transistorstørrelse.6 som tilsvarer 2.4. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 4/9

Oppgave a Gitt enkle transistor modeller for nmos transistor, skissér strøm som funksjon av V ds for ulike Vgs-spenninger. Marker lineært område og metning på skissen. Hva er hastighetsmetning? Hvordan påvirker hastighetsmetning tidsforsinkelse i en port? Hastighetsmetning inntreffer for korte transistorer (< μ). Når det elektriske feltet over kanalen blir stort, som følge av V ds > V sat, vil ladningsbærere i kanalen få så stor energi at de vil kollidere og dermed vil vi ikke få en like sterk stigning i strømmen når Vds økes tterligere. På grunn av at hastighetsmetning bidrar til å begrense transistorstrømmene vil dette øke tidsforsinkelse i en port. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 5/9 b Hvordan vil DC karakteristikken ( Vut som funksjon av Vin) for en inverter med V DD.V og V tn V tp 0.4V se ut når:. vi antar at lengden på transistorenene er 0.2μm, 2. vi reduserer V DD til 0.V.. vi antar at lengden på transistorene er μm og V DD.V. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 6/9

c Anta at en metalleder med egenmotstand R w 0./μm og egenkapasitans C w 0.2fF/μm skal drives av en inverter med Rp k μm og parasittisk kapasitans Cp 6fF/μm. Sett inn et riktig antall repeatere når lengden på lederen er xμm. Hva blir størrelsen på nmos- og pmos transistorene i repaeterne? Vi har: x N 2RC R C w p w 2 kω μm 0.2 ff μm Ω ff 0. 0.2 μm μm 775μm Dette gir N775μm/x μm invertere. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 7/9 Løsning c forts. Størrelsen på nmos transistoren blir: W RC R C w 8μm w p ff kω μm 0.2 μm Ω ff 0. 6 μm μm INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 8/9

d Hvordan kan latchup påvirke en CMOS krets? Hvordan vil gate-lekkasjestrøm (tunneling) påvirke en dnamisk krets? Kretsene kan kortslutte og forårsake alvorlige temporære feil der logikken ikke virker, eller fullstendig ødeleggelse av kretsen. PN-overgangene er ikke så kraftig reversforspent i moderne prosesser slik at en uheldig spenningspuls lettere kan trigge en latchup situasjon. En dnamisk krets vil få en raskere utladning (fra ønsket verdi) når gatelekkasje-strøm øker. INF400 Eksamen vår 2006 0.06. 9/9