Történelem Planar techn. Dinamikus – kapacitív tárolás

Az előadások a következő témára: "Történelem Planar techn. Dinamikus – kapacitív tárolás"— Előadás másolata:

1 Történelem Planar techn. Dinamikus – kapacitív tárolás
Küszöbfeszültség instabilitás – analóg… CODEC – telefónia EPROM – floating gate Mikroprocesszor, memóriák Gordon Moore Scale-down Áramkör-elmélet (kódolás, szűrés, etc.) Analogic „electronic grade” Team – tudományágak „Intellectual property”, IP Microelectronics

2 Küszöbfeszültség alatti működés:
csatorna Drain polysilicon gate gate-oxid Gate p-szubsztrát Source n+ Rövidcsatornás „telítéses” üzem: Küszöbfeszültség alatti működés: Microelectronics

3 Szubsztrát visszahatás
Cp T1 T2 Usb ΔVth=0,5 Usb 1/2 Microelectronics

4 Parazita elemek Drain Cdb Cgd Gate Szubsztrát Cgs Csb Cgb Source
Microelectronics

5 Latch-up Microelectronics nMOS-tranzisztor pMOS-tranzisztor n-zseb p+
D nMOS-tranzisztor p+ G p-szubsztrát S n+ pMOS-tranzisztor Latch-up Microelectronics

6 Gate rg Ugs’ Cgs Cgd ri rs gmUgs’ rd Source Drain Cgb Csb D1 D2 Cdb
Idb Bulk (szubsztrát) Microelectronics

7 Vertikális tranzisztor
Gate Source Drain Szubsztrát Hordozó n+ p L Microelectronics

8 Silicon-on-Sapphire, SOS
n-adalékolt drain réteg Csatorna a p-szubsztrátban Nincs parazita n-adalékolt source réteg poliszilicium gate réteg Gate oxid réteg UG US UD Szigetelt hordozó pl. zafír Microelectronics

9 Integrált bipoláris tranzisztor
Kollektor Emitter Bázis p-bázis p-szubsztrát n+-emitter n-kollektor n+-kollektor eltemetett réteg n+-kollektor hozzávezetés Microelectronics

10 Tokozások MCM, szendvics-szerkezet (mikrohullámú összeköttetések)
1. VLSI chip 2. VLSI chip 3. VLSI chip Kerámia hordozó Tokozás Microelectronics

11 Kaszkád feszültségkapcsolt logika (Cascade Voltage Switch Logic, CVSL)
Ellentétes (differenciális) vezérlés Ha bemenetek=lebeg, akkor kapacitív tárolás) VDD VDD T2 T1 T4 T3 Q A T3 T4 Q Q T1 D T2 D CLK Microelectronics

12 Logikai családok statikus CMOS dinamikus CMOS (Domino) transzfer gates
áramkapcsolt (CML) kaszkád feszültség-kapcsolt (CVSL) emittercsatolt (ECL) BiCMOS adiabatikus, retractile Microelectronics

13 Logikai családok 1. Statikus n p Vcc Y=A +B C t B A CMOS logika.
2. Dinamikus CMOS logika. 3. Több-kimenetű Dinamikus CMOS logika. VCC  Vcc Y=A.B n p ELŐTÖLTÉS B A C ki KIÉRTÉKELÉS T1 Y1 C1 D  T2 Y2 C2 E A M F B  Microelectronics VLSI áramkörök

14 4. Transzfer-gates logika.
p A 4. Transzfer-gates logika. n A Y=A  B p n B Vcc 5. Emittercsatolt logika. R1 R2 A B Uref Y=A . B Microelectronics

15 6. BiCMOS logika n p T1 Q1 Q2 Ct Vcc T2 T3 T4 A Microelectronics

16 7. Current Mode Logic, CML CMOS alapinverter VDD A·B+C·D URef B D A C
Vcc p A Ct n CMOS alapinverter Microelectronics

17 Microelectronics

18 Statikus RS-tároló. Brute force!!! T1 n Q C2 p C1 SET RESET VCC
Microelectronics

19 DOMINO CMOS DOMINO CMOS fokozatok összekapcsolása statikus inverterrel
 Vcc DOMINO CMOS dinamikus, egyfázisú logika p Y=A. B A n C ki B Cparazita n  Vcc  Vcc Vcc n nMOS logika A.B A.B Y=A.B.D A C1 C3 C2 B Statikus inverter D DOMINO CMOS fokozatok összekapcsolása statikus inverterrel Microelectronics

20 jel-regenerálás, átmeneti tárolók (transzparens latch-ek)
GHz-es CMOS logikák időzítés – fázisjelek deskew áramkörök jel-regenerálás, átmeneti tárolók (transzparens latch-ek) differenciális jel-vezetés Microelectronics

21 Gyors beírású, a kimeneten megfogott D-tároló
Q C1 C2 VDD D T4 T2 T7 T5 T1 CLK M T3 T6 I1 I2 I3 Microelectronics

22 Memóriák Microelectronics

23 6-tranzisztoros statikus tároló cella
V CC p n word line read write bit line Microelectronics

24 ECL kiolvasású 6-tranzisztoros tároló cella
Read Word Line Read Bit LIne p p n n Q 1 n n - V EE out Write Word Line Q 2 V ref sense amplifier - V EE Microelectronics

25 Duál-port RAM VCC BL1 BL2 WL1 WL2 Microelectronics

26 Áramtükrös SRAM kiolvasó erősítő
Oszlop szelektálás Bit Bit UG VDD, nincs áram Φ fázisjel nyitja T7-et, kiválasztjuk az oszlopot, ΔU feszültségek lépnek fel, T1, T2 az „erősítőre” kapcsol, T5 nyit, T6 zárva marad, UG →0, Adat ki = VDD, ui. T4 árama=0 kell legyen. Ha fordítva, akkor T6 nyit, T4 zárva, ezért Adat ki =0, nincs munkaellenállás! T5 zár, ezért UG=VDD. végül Φ→0, T7 lezár, T1 T2 VDD T7 +ΔU ΔU=0 T3 T4 UG Adat ki T5 T6 Φ T7 Microelectronics

27 Billenőkörös kiolvasó erősítők
VDD Kis felhúzó áram T1 T2 Bit Oszlop szelektálás Bit Bit Bit T1 T2 Memória cellák WL X Φ Y Itt vezérel, nyitva, de I=0 VDD-10mV T3 Oszlop T4 T3 T4 VDD metastabil X Y Földelés T5 T5 T6 T6 Adat ki Adat ki T7 T7 T8 T8 Φ Φ T10 T11 T9 T9 Φ b) a) Φ Microelectronics

28 ECL sordekóder VDD A0 Q1 ECL –MOS Translator URef CL Q2
Microelectronics

29 3-tranzisztoros dinamikus (analóg) cella
Kimeneti vonal (invertált) Bemeneti vonal Read T3 T1 Analóg áramkörök: aritmetikához T2 CS Write Microelectronics

30 1-tranzisztoros dinamikus RAM cella
word line bit line read amplifier CS CBL Microelectronics

31 Dinamikus RAM cella kiolvasó erősítő
p n Prech V ref Strobe1 Strobe2 Word line Dummy bitline C s Dummy cell 1 2 Microelectronics

32 Szinkron DRAM ütemezése
Régi DRAM: aszinkron. Itt processzor tudja latency-t, és akkor olvas ki. C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Sor-cím Oszlop-cím Burst kezdete RAS CAS Clock Cím Adat Latency Microelectronics

33 16 Mbit (1Mx16) SDRAM BANK0 * 2K 256 16 sense amplifiers I/O gating
DQM mask logic column address latch buffer burst counter control logic CD row decoder register multiplexer refresh controller mode reg. command CKL CKE CS WE CAS RAS A0-A10 BA data input output D0-D15 DML, DMH memory array BANK1 2 2048 256x16 MUX B D L C R 11 16 Mbit (1Mx16) SDRAM Microelectronics

34 DDR (Double Data Rate)-RAM EDO-RAM (kimeneti tároló, közben címek)
Beágyazott RAM-ok: dual oxide technique RAMBUS SAM Video RAM Microelectronics

35 UV-EPROM cella Kapacitív osztó, Lavina-hatás (hot elektron)
Vezérlő gate Source Lebegő (floating) gate Drain Csatorna Kapacitív osztó, Lavina-hatás (hot elektron) Microelectronics

36 Klasszikus EEPROM cella
(Tunnelezés a drain-ről) Control gate Kapcsoló tranzisztor 0 V +12V +5V S D + +12V +5V n + n + +12V 0 V URead tunnel oxid to gate from gate READ WRITE ERASE Microelectronics

37 Flash memória cella Bit line n + S D tunnel oxid Word line 0 V
Közös föld Törlés: minden source → +12V, electronok: vissza source-ba Microelectronics

38 Split-gate EEPROM cella
Alagút-hatás Control gate Drain Source S D +5V GND +12V GND D +12V n n S GND Forró elektronok a/ b/ c/ Microelectronics

39 NOR-rendszerű Flash memória
Helyfoglalás Write: source=0, BL=high, WL=+U Erase: közös source =+U, WL= -U, BL=lebeg egyszerre a blokk Read: source=0, drain=R, WL=cím 2. Bit-vonal 1. Bit-vonal WL0 WL1 WL14 WL15 Közös source Microelectronics

40 NAND-rendszerű Flash memória struktúra
Jó helykihasználás, lassú (soros) Write (Tx): BLx szelektálás Source szelektálás, KS=0 BLx=0 WLx= ++U, a többi +U csatorna mindenütt, tunnel Tx Erase: zseb=++U, összes WL=0 minden cella törlődik Read (read-through, „cellákon át”): BL, KS szelektálás Source=0, BL= pull-up WL (nem Tx)=normál csatorna WLx=0, kiolvasás függ lebegő gate-től (BLX) 1. Bit-vonal 2. Bit-vonal Bit-vonal szelektálás Sor- dekóder WL0 WL1 WL14 (WLX) WL15 Közös source szelektálás (KS) TX Közös source Microelectronics

41 Programozott kapcsoló
FPGA, redundáns memória, A/D kalibrálás D T1 Programozás A S UVez T2 A Kapcsoló rds B B Közös lebegő gate Microelectronics

42 Dinamikus sordekóder elrendezése
F V SS 2 1 DD A fém poly szóvonal Dinamikus sordekóder elrendezése Microelectronics

43 Cache-Tag memória struktúra
8K x 9bit SRAM TAG-RAM DATA-RAM BANK decoder comparator MISS HIT CPU databus Main Memory 9 bit program counter 13 9 HIT / MISS Microelectronics

44 Cache memóriák Hierarchikus memória-felépítés:
L1I, L1D utasítás és adat-memória L2 L3 Main memory Disc L3 cache L2 cache L1 utasítás cache és fetch Ugrás jóslás utasítás queue Regiszter- és stack-kezelés Elágazás regiszterek Egészszám regiszterek Lebegőpontos regiszterek Elágazás egység Integer és multimédia egység L1- adat cache Lebegő- pontos egység Busz vezérlő és ECC Microelectronics

45 A/D átalakítók Microelectronics

46 8-bites flash A/D átalakító
Uref Ube R/2 + ROM 256  8bit R + higany R 1 + R 1 + ‘Thermometer’ XOR R/2 D0 D7 Microelectronics

47 Aláosztásos (subranging) A/D átalakító
Differencia-képző Hibajelerősítő D/A Mintavétel és tartás Digitális kimenet Flash konverter Logika Ube K1 Microelectronics

48 Telecom áramkörök Microelectronics

49 Jel-utak kialakítása Analóg átvitel: Rotary-gépek Crossbar
16x16-os kapcsoló-mátrix 1 Analóg átvitel: Rotary-gépek Crossbar Mechanikus relék - Elszigetelt tirisztorok Be 16 1 Ki 16 14. bemenet→2. kimenet Microelectronics

50 Kapcsoló-mátrix és felbontása
= 4 1 n=16 1 1 4x2 4x2 1 4 N 2 =2 4 5 5 4x4 Bemenetek 8 8 9 9 12 12 16 13 13 1 Kimenetek 16 16 Egyidejűleg max. nN2/N1 16 Microelectronics

51 Hibrid Z0 lezáróellenállás Adás Vett jel Áramirányok vételnél
Csavart érpár Microelectronics

52 Kóder-dekóder (CODEC) áramkör
CLK PCM Out Highway Analóg be S/H Successive Approximation Register (SAR) Komp. Control Data Control Register DAC REF MUX PCM In Highway Input Register Hold Analóg ki Keret szinkron VCC GND Microelectronics

53 Dinamika-expanzió exponenciális görbével
8 2 1 6 5 4 3 7 Digitális bemenet Analóg kimenet Microelectronics

54 ATM-hálózat kiépülése
Használat előtt ki kell építeni a vonalat, minden csomag ezen, előzés nincs! VPI: azonos az úton, de sok VCI-t használ. Kis cella→ kis bufferek Végpont kérés elfogadás ATM kapcsoló virtuális útvonal A B Microelectronics

55 ATM packet GFC (Generic Flow Control, Általános folyam vezérlő),
VPI VCI PT CLP ADAT FEJLÉC bitek 8 7 6 5 4 3 2 1 53 byte-ok . (48 Byte) HEC GFC (Generic Flow Control, Általános folyam vezérlő), VPI (Virtual Path identifier, Virtuális útvonal azonosító), VCI ( Virtual Channel Identifier, Virtuális csatorna azonosító), PT (Payload Type, Hasznos adat tipus), CLP (Cell Loss Priority, Cella elvesztés prioritás), HEC (Header Error Check, Fejléc hiba ellenőrzés). Microelectronics

56 Osztott memóriás (shared memory) ATM switch
Ciklusidő = 26ns 4-bites portra: 155 Mbit/s 4 port összevonva. 622Mbit/s 32 bites portra:1,25Gbit/s 1 1. kimeneti memória Kimeneti 2 4 tárolók 8x4 és kimenet 8. kimeneti memória bufferek 32 4 prioritás dual-port RAM frissítés DRAM memória 8192 ATM cella kezelés 1 Bemeneti 1. bemeneti memória 2 4 tárolók 53byte SAM 8x4 és vezérlő bemenet interfész bufferek 8. bemeneti memória Vezérlõ- jelek 32 4 Órajelek és keretvezérlõk Microelectronics

57 Scrambler áramkör Uki SR Ube Shift Regiszter XOR kapu +
Microelectronics

58 Kódoló áramkör + Kódolatlan n Kódolt 1-bit bitfolyam késleltetés MUX
XOR kapu Kódolatlan n n+1 + Microelectronics

59 Trellis kódolás sémája
1/00 1/10 0/10 1/11 0/00 0/01 0/11 S00 S01 S10 S11 n-edik állapot (n+1) -edik állapot Microelectronics

60 Viterbi kódoló sémája Microelectronics

61 ACS (Add-Compare-Sum) blokksémája
Komparálás Szelektálás + összeadó Microelectronics

62 Dekódolás a Trellis rács alapján
42 32 X 2 22 S00 S01 S10 S11 1 4 11 10 01 00 Adat Szimbólum Vett szimbólum Microelectronics

63 Analóg Trellis dekódoló
Ube+ C1 2 1a C2 1b C3 1 2a C4 2b Vdd UG1 UG2 U1+ U2+ Microelectronics

64 Analóg Viterbi dekódoló
2 T10 UR pMOS áramtükör nMOS NMOS Analóg tároló UDD I2 T1 T3 T7 T4 T6 T9 T5 T8 I1 A T2 T13 1 T11 T12 T14 B Microelectronics

65 Jelút kapcsoló MUX 1 2 n vezérlõ dekóder DE dual-port RAM bemeneti
cellák kimeneti útvonal Microelectronics

66 Batcher-Banyan kapcsoló
. 1 2 3 4 5 6 7 bemenetek kimenetek TG a) b) be ki U kapcs c) Microelectronics

67 Különbségi Manchester
Bitfolyam 1 a) Kettes alapú b) NRZI +1 MLT-3 c) -1 Bitfolyam 1 1 1 1 NRZ a) Manchester b) Különbségi Manchester c) Microelectronics

68 Hibásan vett bitek száma Összes adott bitek száma
1 +1 -1 Invertált AMI Bitfolyam BER = Hibásan vett bitek száma Összes adott bitek száma Amplitúdó Idő Névleges logikai "0' Névleges logikai "1' Microelectronics

69 TDx/Rx GND TX RX Ütközés Vcc Koaxiális kábel átvivő határfelület (DTE)
Adatvégződés Közegélérési egység (MAU) Gazdagép DC/DC átalakító 62 bit 2 bit 6 bájt 2 bájt 4 bájt Előhang SFD Forrás Hossz Adat FCS Célállomás címe bájt Microelectronics

70 vonal illesztő-tag Kétszer sodrott érpár kiegyenlítő MLT-3/Bináris
. Elválasztó transzformátor Kétszer sodrott érpár + 1 közös ér illesztő-tag közösmódusú szűrőtekercs közös (föld) vezeték vonal kiegyenlítő Bináris/MLT-3 MLT-3/Bináris visszakódoló vett jel adás-jel GND "K" Transceiver chip kódoló és meghajtó Microelectronics

71 Csatorna kiválasztásFrekvencia 2. keverő
RF szűrő Frekvencia osztó Oszcillátor Demodulátor, processzor 1. keverő Tükör elnyomás Csatorna kiválasztásFrekvencia 2. keverő Antenna LNA IF szűrő Microelectronics

72 LS Csub2 Cox1 Csub1 Cox2 Rsub1 RS Rsub2 Cf a) b) Microelectronics

73 L1 T1 T2 Ube+ VCC L3 L2 LG Ube LS CGS a) b) Microelectronics

74 Uszab VCC L1 L8 C2 T1 T2 Uki+ Ube+ Ube_ Uki_ T3 T4 T7 T6 T5 T8 L7 L4
Uref Microelectronics

75 VDD V1 UG1 L2 T2 L1 T1 UC V2 C1=2pF UG VCC=2.5V L1 L2 L3 C2 Rn T1 T2
Uki Ube C1=2pF UG VCC=2.5V L1 L2 L3 C2 Rn T1 T2 Uki Ube Microelectronics

76 QAM mod/demod. Csatorna kiválasztás Mixer LNA osztó Oszc. Alapsávi
PA Alapsávi processzálástól QAM mod/demod. Mixer Microelectronics

77 VDD L1 ULO2 T5 T6 T7 T8 URF C1 Igen UIF,I UIF,Q T1 T2 T3 T4
Microelectronics

78 9. Analóg áramkörök Microelectronics

79 Analóg MOS kapcsoló helyettesítőképe
Cg s S D K rsd Ube Cg d Cd b Cs b G Ct Uki 5V VT,n VT,p nMOS pMOS rON Ube Microelectronics

80 9. Neurális áramkörök Microelectronics

81 Ucontrol US UD Utunnel Lebegő gate Elektron injekció Tunnelezés vissza
poly Microelectronics

82 Utunnel Synapse11 Synapse12 Synapse13 UD Isum Ucontrol1 Ucontrol2 Ucontrol3 IS1 IS2 IS3 (12-24V) (0-5V) (regulated) T1 T2 T3 Microelectronics

83 yeN ye2 yi ye1 Wg2 Wi2 Wi1 Wg1 WiN WgN WeN We2 We1 xN x1 x2
globális tiltó egység Microelectronics

84 WTA áramkör UG4 Vdd Uin (j) T1 VSS Ij UCOM Uki (j) p T2 T3 T4 T5 UG5
Microelectronics

85 Ucom Ud(j) T1 Ibe(j) T2 Iki(j) Ud(j+1) T3 Ibe(j+1) T4 Iki(j+1) T5 UG5
Icom Microelectronics

86 Gilbert 4-negyedes analóg szorzó
U1 U3 U2 T1 U4 I1 I2 I4 I3 Io1 T2 T3 T4 Io2 Microelectronics

87 Rendszerszintű specifikáció
Regiszter-Transzfer szintű terv Szintézis Követelmények Gyártási előírások Microelectronics

88 Microelectronics Elképzelés Specifikáció Szimuláció
Viselkedés-szintű leírás Logikai optimalizálás Regiszter-szintű leírás Layout tervezés Tervezési szabály ellenőrzés Elhelyezés és huzalozás Layout extrakció Szeletgyártás Szerelés, tokozás, mérés Behaviour level RTL level Cella-könyvtár Reuse Place and Route Design Rule Check Silicon foundry Microelectronics

89 Nagy gyártók, élenjárás, technológiai kapcsolat
Tervező laborok Magyarország…. Logikai tervezés…CAD? Áramkörelmélet SOC: codevelopment, HW/SW Cellakönyvtár: standard, vagy saját cella+reuse Szinkron-aszinkron Órajel szétosztás Mikrohullám: induktivitás+tápvonal Microelectronics