CMOS ÁRAMKÖRÖK TERVEZÉSE Dr. Keresztes Péter Széchenyi István Egyetem

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Váltóállítás egyedi inverterrel
Advertisements

Dr. Turóczi Antal Digitális rendszerek Dr. Turóczi Antal
Digitális elektronika
Logikai alapkapcsolások
Digitális technika alapjai
Sorrendi (szekvenciális)hálózatok tervezése
Az integrált áramkörök (IC-k) tervezése
Az integrált áramkörökben (IC-kben) használatos alapáramkörök
Digitális rendszerek II.
Az előadásokon oldandók meg. (Szimulációs modell is tartozik hozzájuk)
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
A félvezető dióda (2. rész)
Az elektronika félvezető fizikai alapjai
RAM és ROM Mind RAM, mind ROM beépíthető ASIC vagy FPGA/EPLD tervbe Mind RAM, mind ROM beépíthető ASIC vagy FPGA/EPLD tervbe A következőkben a szükséges.
A térvezérelt tranzisztorok I.
FÉLVEZETŐ-FIZIKAI ÖSSZEFOGLALÓ
Bipoláris integrált áramkörök alapelemei
MOS integrált áramkörök alkatelemei
Analóg alapkapcsolások
Szerkezeti leírás Összetevők és beültetésük Összetevők és beültetésük Általános kiosztás (generic map) Általános kiosztás (generic map) Generate parancs.
Elektronikus eszközök BME EET 1.0. Elektronikus eszközök, és alkatrészek Osztályozás: passzív: adott frekvenciatartományban a leadott „jel” teljesítmény.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1. zárthelyi megoldásai október 18.
CMOS technológia a nanométeres tartományban
Elektronikai Áramkörök Tervezése és Megvalósítása
Elektronikai Áramkörök Tervezése és Megvalósítása
MIKROELEKTRONIKA 3. 1.Felületek, felületi állapotok. 2.Térvezérlés. 3.Kontakt effektusok a félvezetőkben. 4.MES átmenet, eszközök.
Szintézis Keresztes Péter, 2005 A GAJSKI-KUHN DIAGRAM Alapelv: Rendezzük a digitális- rendszerek leírásait célok és szintek szerint.
Kovalens kötés a szilícium-kristályrácsban
Speciális tranzisztorok, FET, Hőmodell
Erősítők.
Számítógép memória jellemzői
Elektrotechnika 14. előadás Dr. Hodossy László 2006.
Tematikus fogalomtár FÉLVEZETŐS TÁRAK
IC-k számítógépes tervezése Budapesti Mûszaki Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1999 november.
MOS integrált áramkörök Mikroelektronika és Technológia BME Elektronikus Eszközök Tanszéke 1999 október.
Kérdések-válaszok a TRANZISZTOROK témaköréből
A digitális áramkörök alapelemei
Cim Design flow, production flow, maszkok, technológia Tervezési szabályok, lambda. Pálcika diagram, alap layoutok1Fa03.27 P Layout tervezés, P&R1Fa03.30.
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
A térvezérelt tranzisztorok I.
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Bipoláris technológia Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET
Cim Design flow, production flow, maszkok, technológia Tervezési szabályok, lambda. Pálcika diagram, alap layoutok Layout tervezés, P&R.
A bipoláris tranzisztor I.
ELEKTRONIKA I. ALAPÁRAMKÖRÖK, MIKROELEKTRONIKA
Berendezés-orientált IC-k BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszéke Székely Vladimír, Mizsei János 2004 április BME Villamosmérnöki.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 MOS áramkörök: CMOS áramkörök,
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 A bipoláris IC technológia.
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 2. zárthelyi megoldásai december 2.
Processzor, alaplap, memória
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1. zárthelyi megoldásai október 11.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke 1. zárthelyi megoldásai október 10.
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében Az információtechnika fizikája XII. Előadás Elektron és lyuk transzport Törzsanyag Az Európai.
Számítógépek felépítése 4. előadás ALU megvalósítása, vezérlő egység
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
1 TÁROLÓ ÁRAMKÖRÖK TAKÁCS BÉLA Mi történik, ha két invertert az alábbi módon összekapcsolunk? Ki1/Be2 Ki2/be A kapcsolásnak.
FPGA Készítette: Pogrányi Imre.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Termikus hatások analóg integrált áramkörökben Esettanulmány:
MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306
Tároló tulajdonságú logikai hálózatok
Szekvenciális hálózatok
Programozható áramkörök
Programozható áramkörök használata
Programozható áramkörök
Előadás másolata:

CMOS ÁRAMKÖRÖK TERVEZÉSE Dr. Keresztes Péter Széchenyi István Egyetem Automatizálási Tanszék CMOS áramkörök

Michael Faraday 1833-ban azt tapasztalta, hogy az ezüstszulfid ellenállása csökken a hőmérséklet növelésével. CMOS áramkörök

A bipoláris tranzisztor-hatás felfedezése 1956-ban Shockley, Bardeen és Brattain fizikai Nobel-díjat kaptak a tranzisztor-hatás felismeréséért. Tény, hogy szigetelt elektródán keresztül történő térvezérléssel vezetőképesség modulációt kívántak megvalósítani, de az akkor a felületi állapotok árnyékoló töltése miatt akkor még nem sikerülhetett. CMOS áramkörök

A planár technológia, szilíciumon A felületi állapotok töltése nagyságrendekkel csökkenthető, ha a szilícium felületére saját anyagából, termikusan növesztünk jól szigetelő SiO2 szilícium-dioxidot. 1959.ben Jean A. Hoerny, (Fairchild) ezzel megteremtette a forradalmi jelentőségű PLANAR technológiát. CMOS áramkörök

Az első integrált áramkör. FAIRCHILD, 1959. 1959-ben Robert Noice, szintén a Fairchild cégnél megvalósítja az első integrált áramkört, szilíciumon, planár technológiával. CMOS áramkörök

A 8080 mikroprocesszor 40 lábú DIL (Dual in Line) kerámia tokban. 1974-ben az Intel piacra dobja az első 8-bites mikroprocesszort, a 8080 típusjelzésű csipet. Ez 6000 szigetelt elektródájú, térvezérlésű n-csatornás MOSFET-t tartalmaz, 6-mikronos vonalfelbontással. A processzor számítási teljesítménye 0.64 MIPS. CMOS áramkörök

A mikroprocesszor történet néhány további métföldköve - 1976 : Zilog : Z-80, 8-bites mikroprocesszor, egyszer +5 V tápfeszültséggel - 1979: Zilog : a 16-bites Z-8000 Számunkra fontos tény, hogy 1980-ban a magyar LSI-Társulás megvalósítja az első (és egyben utolsó) magyar mikroprocesszort CMOS áramkörök

A CMOS struktúra n+, p+ : erősen adalékolt régiók, p - : gyengén adalékolt p típusú hordozó CMOS áramkörök

Áramvezetés félvezető anyagokban (szilíciumban) CMOS áramkörök

Kovalens kötés elektronikus tisztaságú szilícium-kristályrácsban CMOS áramkörök

Termikus generáció-rekombináció tiszta szilíciumban CMOS áramkörök

N-típusú adalékolt szilícium CMOS áramkörök

P-típusú, adalékolt szilícium CMOS áramkörök

Diffúziós áram inhomogén adalékolású szilíciumban CMOS áramkörök

Sodródási áram

Átmenet egyensúlyi állapotban CMOS áramkörök

A MOSFET sémája és alapelve (n-csatornás, növekményes) CMOS áramkörök

A MOSFET áram-feszültség karakterisztikáinak kvalitatív magyarázata, ábrákkal CMOS áramkörök

A trióda tartomány lineáris szakasza: ID = k (VGS – VT) VDS A hosszú csatornájú , pl. 10 x 10 mikrométer négyzetes MOSFET áram-feszültség karakterisztikáinak egyszerű, szakaszos képletei, mérés alapján történő közelítéssel (MODEL-1) A trióda tartomány lineáris szakasza: ID = k (VGS – VT) VDS A trióda tartomány telítési (szaturációs) tartomány felé tartó szakasza: ID = k ((VGS – VT) VDS – ½ VDS2) Inverzió, a telítési (szaturációs) tartományban: IDSsat = k/2 V2DSsat = k/2(VGS – VT)2 VDSsat = VGS – VT CMOS áramkörök

Ha VE = VGS-VT > 0 és VDS < VE A rövid csatornájú , pl. 0.1 x1 mikrométer-négyzetes MOSFET áram-feszültség karakterisztikáinak egyszerű, szakaszos képletei, mérés alapján történő közelítéssel, az effektív gate-feszültség (VE) bevezetésével (MODEL-3) Ha VE = VGS-VT > 0 és VDS < VE akkor a MOSFET trióda szakaszban van, és ID = k((VEVDS – ½ V2DS ) Ha VE > 0 és V*DS = VE akkor a MOSFET telítési határhelyzetbe van, és I*D = k/2(V*DS)2 = k/2(VE)2 Ha VE > 0 és VDS > V*DS = VE ID= I*D ( 1 + λ(VDS - V*DS)) = k/2(VE)2 ( 1 + λ(VDS - VE)) CMOS áramkörök

k = ? n-csatornás eszköze esetén: k = βn = μn cox (W / L) μn ~ 400 cm2/Vs cox = (εo εsio2) / Tox = (8.86 x10-14 F/cm x 12) / 10 x 10 -7cm = 1.06 x 10-5 F/cm2 = 1.06 x 10 -13 F/um2 = 0.106 pF/um2 ~ 100 fF/um2 p-csatornás eszköz esetén: k = βp= μp Cox (W / L) μp ~ 200 cm2/Vs CMOS áramkörök

Egy kicsit pontosabban! CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

Inverzió Ups = 2 Up CMOS áramkörök

A MOSFET inverzióban, kis pozitív VDS feszültségnél W L CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

FLAT-BAND feszültség CMOS áramkörök

Az áram CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

A telítés (saturation) határa CMOS áramkörök

TELÍTÉSBEN CMOS áramkörök

Az n-fet áram-feszültség karakterisztikák modelljének összefoglalása CMOS áramkörök

p-fet CMOS áramkörök

TECHNOLÓGIA CMOS áramkörök

C-MOS technológia 1. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 2. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 3. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 4. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 5. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 6. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 7. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 8. CMOS áramkörök

C-MOS technológia 9. CMOS áramkörök

1. Gyakorlati feladat Az ‘mw2’ program segítségével vizsgáljuk meg egy 10/10 mikrométeres n- és p- csatornás MOSFET karakterisztikáit ! Hasonlítsuk össze a legegyszerűbb LEVEL1 és a legfejlettebb, BERKELEY (BSIM4) modelleket. CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

N-CSATORNÁS MOSFET (n-MOS, n-FET) CMOS áramkörök

Az n-MOSFET karakterisztikái CMOS áramkörök

A p-MOSFET struktúrája és szimbólumai CMOS áramkörök

A p-MOSFET karakterisztikái CMOS áramkörök

Az n-MOSFET magas szint átvitelének mérése CMOS áramkörök

Az n-MOSFET alacsony szint átvitelének mérése CMOS áramkörök

A p-MOSFET magas szint átvitelének mérése CMOS áramkörök

A p-MOSFET alacsony szint átvitelének mérése CMOS áramkörök

Az átvivőkapu, vagy transmission gate CMOS áramkörök

2. Gyakorlati feladat Hozzuk létre a logikai szintátvitel mérés layout szinten, és a beépített SPICE segítségével vizsgáljuk a szint-átviteleket struktúráit az mw2 segítségével! Vizsgáljuk az n-csatornás, a p-csatornás és a CMOS kapcsolót ! CMOS áramkörök

A C-MOS INVERTER CMOS áramkörök

Duális ágú CMOS inverterek és kapuk tulajdonságai CMOS áramkörök

Az inverter statikus transzfer karakterisztikájának VDD függése CMOS áramkörök

A statikus transzfer karakterisztika és a komparálási szint CMOS áramkörök

Inverterlánc regeneratív tulajdonsága CMOS áramkörök

3. Gyakorlati feladat Tervezzünk CMOS invertert az mw2-be beépített layout-kompilátorral! Vizsgáljuk a DC-transzfer karakterisztika és az áramok tápfeszültség-függését! CMOS áramkörök

A MOSFET nemlineáris kapacitásai CMOS áramkörök

Modell a felfutási és lefutási idő számításához CMOS áramkörök

A lefutási folyamat kisütő áramának függése a terhelő kapacitás feszültségétől CMOS áramkörök

A tranziens idők közelítő számítása Közelítés : áramgenerátoros kisütés ID Tf = CL VDD Tf = (CLVDD ) / (( unWCox / 2L) ( VDD - VTn )2) Szimmetrikus inverterre : Tr = Tf CMOS áramkörök

4. Gyakorlati feladat Hozzunk létre inverter-párt, és vizsgáljuk a tranzienseket, illetve a pár-késleltetést a beépített SPICE szimulátorral! Építsünk fel 5 fokozatú RING-oszcillátort, és mérjük meg a periódus-időt! CMOS áramkörök

Duális terhelésű CMOS kapuk (NAND). Y = A . B CMOS áramkörök

Duális terhelésű CMOS kapuk (NOR). Y = A + B CMOS áramkörök

CMOS kapuk tervezése CMOS áramkörök

Duális terhelésű CMOS kapuk (KOMPLEX) Y = A.B + C CMOS áramkörök

5. Gyakorlati feladat Kompiláljunk különféle két-bemenetű Kapukat (NAND-2, AND-2, NOR-2 OR-2), és három bemenetű komplex kapukat! Értékeljük a kompilátor működését! CMOS áramkörök

6. Gyakorlati feladat Tervezzünk 1 bites komparátort, és bővítsük 4 bitessé! Verifikáljuk a beépített SPICE szimulátorral! CMOS áramkörök

Hogyan csináljunk gazdaságos helykihasználással sokbemenetű kapukat? A nagy probléma Hogyan csináljunk gazdaságos helykihasználással sokbemenetű kapukat? Például : többszáz bemenetű CMOS NOR kaput hogyan lehet úgy csinálni, hogy a többszáz sorba kapcsolt p-csatornás eszköz óriási ellenállását kompenzáljuk úgy, hogy a komparálási szint középen maradjon? CMOS áramkörök

Bevezetés a passzív terhelésű CMOS kapuk bemutatásához Bevezetés a passzív terhelésű CMOS kapuk bemutatásához. Az n-csatornás inverterek. CMOS áramkörök

Kvázi n-csatornás CMOS inverter CMOS áramkörök

Kvázi p-csatornás CMOS inverter CMOS áramkörök

A passzív terhelésű kapuk hátrányai Torzított logikai szintek Aszimmetria a fel- és lefutási idő között 3. Valamelyik logikai szinten van statikus fogyasztás CMOS áramkörök

7. feladat: Tervezzünk 8 bemenetű kvázi-n NOR kaput Vomax = 0. 1 V-ra 7. feladat: Tervezzünk 8 bemenetű kvázi-n NOR kaput Vomax = 0.1 V-ra. (0.35 CMOS, Vdd = 3 V) CMOS áramkörök

8. feladat: Tervezzünk 8 bemenetű kvázi-p NAND kaput V1min = 2. 9 V-ra 8. feladat: Tervezzünk 8 bemenetű kvázi-p NAND kaput V1min = 2.9 V-ra. (0.35 CMOS, Vdd = 3 V) CMOS áramkörök

Kapcsolt terhelésű kvázi n-csatornás CMOS inverter Csak átmenetileg folyik áram VDD – GND áram CMOS áramkörök

Kapcsolt terhelésű kvázi p-csatornás CMOS inverter Csak átmenetileg folyik VDD-GND áram CMOS áramkörök

9-10.feladat : Alakítsuk át a korábban megtervezett kapukat kapcsolt terhelésű kapukká, és vizsgáljuk a működésüket! CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

Kvázi n- P.E. inverter CMOS áramkörök

Kvázi p- P.E. inverter CMOS áramkörök

Kvázi n- P.E. kapuk CMOS áramkörök

Kvázi-p P.E. kapuk CMOS áramkörök

11. feladat. Tervezzünk a megfelelő mw2-es kétbemenetű kapu layoutjának módosításával kvázi-n és kvázi-p invertereket és kétbementű kapukat ! Hogyan választjuk ki az átalakításra legalkalmasabb duális ágú kapukat? CMOS áramkörök

DOMINO-LOGIKÁK CMOS áramkörök

Két kvázi-n P.E. pár Nem működik! CMOS áramkörök

Szimulációs kisérlettel lássuk be, hogy az egynemű P-E inverterek és kapuk nem képesek egymást megfelelő logikai szintekkel meghajtani! Magyarázzuk meg, miért rossz ez a páros! CMOS áramkörök

DOMINÓ inverter-kettős CMOS áramkörök

11. feladat. Tervezzünk a kv-n és kv-p inverterekből dominó párt, és igazoljuk a működőképességet kísérlettel. Magyarázzuk meg, miért jó ez a páros! CMOS áramkörök

Logikai függvények NOR-NOR-INV realizációja (MÁTRIXOK) CMOS áramkörök

A XOR és XNOR NOR-NOR-INV realizációi CMOS áramkörök

Kettős-matrix sémája CMOS áramkörök

„double_matrix.sch” CMOS áramkörök

Az átvivő-kapu alkalmazásai 12. feladat. Az mw2 program kompilációs lehetőségét kihasználva tervezzünk transmission-gate egységet! CMOS áramkörök

Az átvivő-kapu alkalmazásai: Kvázistatikus latch CMOS áramkörök

Dinamikus D-latch CMOS áramkörök

Nem-átlapolt kétfázisú órajel CMOS áramkörök

Kétfázisú MASTER-SLAVE flip-flop CMOS áramkörök

Kvázistatikus kétfázisú MS flip-flop CMOS áramkörök

Dinamikus, kétfázisú M-S flip-flop CMOS áramkörök

13. feladat. Tervezzünk kvázstatikus D tárolót 13. feladat. Tervezzünk kvázstatikus D tárolót! Tervezzünk kvázistatikus D-MS flip-flopot! Tervezzünk dinamikus, kétfázisú D-MS flip-flopot! CMOS áramkörök

ÁTVIVŐ-kapu alkalmazása XOR és XNOR áramkörökben CMOS áramkörök

Tervezzünk transzfer-kapuból kialakított XNOR vagy XOR kaput! 14. gyakorlat Tervezzünk transzfer-kapuból kialakított XNOR vagy XOR kaput! Tervezzünk 1-bites összeadót ezek felhasználásával! CMOS áramkörök

S-R és D-G tárolók CMOS áramkörök

15. gyakorlat. Tervezzük meg az alábbi VHDL-DF modell szerinti élvezérelt D-LATCH áramkör logikai sémáját (DSCH3.5), majd LAYOUT- ját! Ebből tervezzünk élvezérelt D-MS flip-flopot is! CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

CMOS áramkörök

STATIKUS RAM CELLA CMOS áramkörök

Szószervezésű RAM memória CMOS áramkörök

Három állapotú tároló bemenetek- kvázistatikus latch beírása több forrásból. A beírások ph1-vel szinkronizálva, a tartás minden ph2-re. CMOS áramkörök

Három állapotú inverterek és bufferek (belső sínek és kimenetek meghajtására). CMOS áramkörök

A háromállapotú inverter logikai sémája (DSCH3.5) CMOS áramkörök

Kétirányú, háromállapotú kimenet CMOS áramkörök

16. gyakorlat: Tervezzünk kimeneti buffert kb 10-es belső dinamikus fanout feltételezésével 100-as dinamikus fanout-nak megfelelő külső kapacitív terhelésre! CMOS áramkörök

CMOS elemek késleltetés-érzéketlen aszinkron hálózatokban CMOS áramkörök

MÜLLER-C elemek : MC-2 NAND kapukkal Y’ = X1 .X2 + X1 Y + X2 Y CMOS áramkörök

17. gyakorlat Tervezzük meg a DSCH továbbfejlesztett MOSFET szimbólumaival a speciális CMOS MC-2 áramkört, a .v eredményt transzformáljuk át VHDL leírássá, és szimuláljuk a kapott modellt! CMOS áramkörök

MC-2 NAND-kezdemény,NAND kapukból, LAYOUT CMOS áramkörök

Kétbemenetű Müller-C CMOS kapcsolókkal CMOS áramkörök

MC-2, CMOS tranzisztorokból CMOS áramkörök

Bemenet-teljes (3-2) dekóder CMOS áramkörök

Teljesség detektor (3 – 2) CMOS áramkörök

Nem HD-re épített teljesség-detektor (3-2) CMOS áramkörök

Kapcsolószintű logikai szimuláció I. Az ASIC tervezés válfajai: Egyedi (FULL-CUSTOM) Cellakönyvtáras (CELL-LIBRARY) Kapumátrixos (GATE-ARRAY) Primitívek (levelek) A Full-Custom tervezés primitívjei a MOSFET-k A cellakönyvtáras tervezés primitívjei a logikai cellák (kapuk, tárolók) Kapumátrixos tervezés primitívjei a logikai cellák (kapuk, tárolók) CMOS áramkörök

18. gyakorlat A továbbfejlesztett DSCH szimbólumokkal tervezzünk : Kvázistatikus LATCH áramkört, Kvázi-n, passzív terhelésű 2 bemenetű NOR kaput, 3. Kvázi-p, passzív terhelésű 2 bemenetű NAND kaput, 4. Tr-gate-ből kialakított XOR áramkört. Az egységeket VHDL modellként szimuláljuk. CMOS áramkörök

Az alulról felfelé építkező Full-Custom tervezés folyamata CMOS áramkörök

Kapcsolószintű logikai szimuláció CMOS áramkörök

type nnewbit is ( Z, w0, w1, s0, s1, '0', '1', U); subtype newbit is resolved nnewbit; CMOS áramkörök

function resolved ( srcs : nnewbit_vector) return nnewbit is variable num0, num1, s0num , s1num, w0num, w1num, znum, unum : natural := 0; variable v : newbit := Z; begin for i in srcs'range loop if srcs(i) = '0' then num0 := num0 + 1; elsif srcs(i) = '1' then num1 := num1 + 1; elsif srcs(i) = s0 then s0num := s0num + 1; elsif srcs(i) = s1 then s1num := s1num + 1; elsif srcs(i) = w0 then w0num := w0num +1; elsif srcs(i) = w1 then w1num := w1num +1; elsif srcs(i) = Z then znum := znum + 1; else unum := unum + 1; end if; end loop; CMOS áramkörök

elsif unum = 0 and num0 = 0 and num1 > 0 then v := '1'; if unum > 0 then v := U; elsif unum = 0 and num0 = 0 and num1 > 0 then v := '1'; elsif unum = 0 and num1 = 0 and num0 > 0 then v := '0'; elsif unum = 0 and num1 > 0 and num0 > 0 then v := U; elsif unum = 0 and num1 = 0 and num0 = 0 and w0num > 0 and w1num = 0 then v := w0; elsif unum = 0 and num1 = 0 and num0 = 0 and w0num = 0 and w1num > 0 then v := w1; elsif unum = 0 and num1 = 0 and num0 = 0 and w0num = 0 and w1num = 0 and s1num = 0 and s0num > 0 then v := s0; elsif unum = 0 and num1 = 0 and num0 = 0 and w0num = 0 and w1num = 0 and s1num > 0 and s0num = 0 then v := s1; elsif unum = 0 and znum = srcs'length then v := Z; else v:= Z; end if; return v; end resolved; CMOS áramkörök

library work; use work.newnstd.all; entity nfet is port ( S : in newbit; D : inout newbit; G : inout newbit; nSUB : in newbit); end; architecture BEH of nfet is begin G <= s1 when (G = '1' or G = w1) else s0 when (G = '0' or G = w0) else Z after 100 ns when G = s1 or G = s0 else Z; CMOS áramkörök

s0 after 100 ps when (nsub = '0' and (D = '0' or D = w0) and D <= S after 100 ps when (nSUB = '0' and (G = '1' or G = w1 or G = s1 or G = U) and (S = '0' or S = w0 or S = w1 or S = Z)) else w1 after 100 ps when (nSUB = '0' and (G = '1' or G = w1 or G = s1 or G = U) and S = '1') else s0 after 100 ps when (nsub = '0' and (D = '0' or D = w0) and (G = '0' or G = w0 or G = s0)) else s1 after 100 ps when (nsub = '0' and (D = '1' or D = w1) and (G = '0' or G = w0 or G = s0)) else Z after 10 ns when ((D = s0 or D = s1) and (G = '0' or G = w0 or G = s0) and nSUB = '0' ) else Z after 100 ps when ( nsub = '0' and S = Z) else U after 100 ps when G = Z else U after 100 ps when nSUB /= '0' else Z; end BEH; CMOS áramkörök

architecture BEH of R_nfet is begin G <= s1 when (G = '1' or G = w1) else s0 when (G = '0' or G = w0) else Z after 100 ns when G = s1 or G = s0 else Z; D <= w0 after 100 ps when nSUB = '0' and (G = '1' or G = w1 or G = s1 or G = U) and S = '0' else w1 after 100 ps when nSUB = '0' and S = '1' else U after 100 ps when nSUB = '0' and (G = '1' or G = w1 or G = s1 or G = U)and (S = w0 or S = U ) else CMOS áramkörök

U after 100 ps when nSUB = '0' and (G = '1' or G = w1 or G = s1 or G = U)and (S = w1 or S = U) else s0 after 100 ps when (nsub = '0' and (D = '0' or D = w0) and (G = '0' or G = w0 or G = s0)) else s1 after 100 ps when (nsub = '0' and (D = '1' or D = w1) and (G = '0' or G = w0 or G = s0)) else Z after 10 ns when ((D = s0 or D = s1) and (G = '0' or G = w0 or G = s0) and nSUB = '0' ) else Z after 100 ps when ( nsub = '0' and S = Z) else Z after 100 ps when (nsub = '0' and G = Z ) else U after 100 ps when nSUB /= '0' else Z; end BEH; CMOS áramkörök

( CNODE : inout newbit); end; architecture BEH of CAPAC is begin entity CAPAC is port ( CNODE : inout newbit); end; architecture BEH of CAPAC is begin CNODE <= s1 when CNODE = '1' or CNODE = w1 else s0 when CNODE = '0' or CNODE = w0 else Z after 100 ns when CNODE = s1 or CNODE = s0 else Z; end BEH; CMOS áramkörök

Bemenetek és kimenetek védelme statikus feltöltődés és túlfeszültség ellen. CMOS áramkörök

Védődiódák CMOS áramkörök

INPUT/OUTPUT védelemmel CMOS áramkörök

Bevezetés az analóg CMOS tervezésbe CMOS áramkörök

Szimulátorok analóg tervezéshez A BERKELEY-SPICE IPARI/KERESKEDELMI VÁLTOZATAI: A MICROSIM CÉG PSPICE PROGRAMJA PC-RE A CADENCE CÉG IC TERVEZŐJE AZ OPUS/SPECTRE A MENTOR-GRAPHICS CÉG ELDOD SZIMULÁTORA A LINEAR TECHNOLOGY CÉGTŐL AZ LTSPICE CMOS áramkörök

Hálózat-analízis (szimuláció) programok szolgáltatásai DC analízis (munkapontok kiszámítása) Kisjelű AC analízis (frekvenciafüggés) harmonikus és négyszög-gerjesztéssel Nagyjelű tranzisens analízis A szimulálandó modell tervezése egyszerű eszközmodelleken alapuló méretezéssel történik. CMOS áramkörök

Lineáris ellenállások - Poliszilícium : 10 ohm/square - Speciális szilicid : 100 ohm/square n- és p- diffúziós csíkok : 100 ohm/square Ezek igen kis értékek, csak kis ellenállások, például bemeneti áram-korlátozás) megvalósítását teszik lehetővé. Gyakori layout alakzat a meander. CMOS áramkörök

Nemlineáris ellenállások MOSFET eszközökkel Ha a VGS = VDS, akkor mindkét MOSFET telítési módban működik, és nemlineáris ellenállást valósít meg. Ha a W kicsi, és az L nagy, nagy ellenállású eszközök valósíthatók meg. Tervezzünk ilyen ellenállásokat! Például n-MOSFET, W = 1.0 , L = 10 mikron CMOS áramkörök

19. gyakorlat. Mérjük meg becsléses pontossággal az n-MOSFET és a p-MOSFET csatornák négyzetes ellenállását egy effektív RC időállandó mérésével CMOS áramkörök

p+-n átmenet kapacitása : n+ - p átmenet kapacitása : 20. gyakorlat. Mérjük meg becsléses pontossággal a következő felületegységre (/um2) kapacitásokat, RC időállandó mérésének segítségével poly1-poly2 kapacitás : p+-n átmenet kapacitása : n+ - p átmenet kapacitása : fém1-fém2 kapacitás : - n-MOSFET kapacitás : - p-MOSFET kapacitás : CMOS áramkörök

Diszkrét n-MOSFET földelt-forrású erősítő CMOS áramkörök

Nemlineáris p-MOSFET terhelésű erősítő CMOS áramkörök

Szimmetrikus kimenetű differenciálk-erősítő CMOS áramkörök

Aszimmetrikus kimenetű differenciál erősítő CMOS áramkörök

21. gyakorlat. A microwind beépített SPICE szimulátora segítségével oldjuk meg a négy bemutatott erősítőre felírt egyenleteket! CMOS áramkörök