VLSI_Ch8_高速CMOS逻辑电路设计_2016
50页1、第第8章 高速章 高速CMOS逻辑电路设计逻辑电路设计2/50本章概要本章概要? 门延时的估计? 门延时的估计? 驱动大电容负载? 驱动大电容负载? 逻辑努力? 逻辑努力3/508.1 门延时的估计门延时的估计任意逻辑门的延时任意逻辑门的延时设计者的任务:选择合适的逻辑链,确定每个晶体管的 宽长比,以满足规定的延时及芯片面积要求。设计者的任务:选择合适的逻辑链,确定每个晶体管的 宽长比,以满足规定的延时及芯片面积要求。CFET是输出节点对地的本级电容是输出节点对地的本级电容4/508.1 门延时的估计门延时的估计晶体管参数放大的影响晶体管参数放大的影响2(|)2n DpDDMTpIVVV单位FET放大m倍muu mGmGuDmDuSmSuWWmLLRRm CmCCmCCmC5/508.1 门延时的估计门延时的估计反相器反相器单位反相器放大单位反相器放大m倍倍00min2rpufnurLfLinutCtCtCCCtminminminmin,pnpnif LLWW6/508.1 门延时的估计门延时的估计NAND2: 单位尺寸单位尺寸假设:假设:1.nFET和和pFET尺寸相同;尺寸相同;
2、2.忽略串联忽略串联FET间的寄生电容间的寄生电容20200032 321 2 1 2rrpuLffnuLrNrnuLfNfnuLttCttCNttCNtNtNC7/508.1 门延时的估计门延时的估计NAND2: m倍单位尺寸倍单位尺寸00min32 32rrpuLffnuLinttCttCCC单位单位NAND2 (最坏情况)(最坏情况)N输入、放大输入、放大m倍 (最坏情况)倍 (最坏情况)单位尺寸单位尺寸m3min002121mCCCmNNtNtCmtNtinLnu ffmLpu rrm00min323 233 3pu rrLnu ffLinttCttCCC8/508.1 门延时的估计门延时的估计NOR2单位单位NOR2N输入, 放大输入, 放大m倍倍min002323CCCttCttinLnuffLpurr 00min(1) 2 1 2pu rmrLnu fmfLinNNtNtCm NttCm CmC00min23 3 3 23 3pu rrLnu ffLinttC ttCCC2输入, 放大输入, 放大3倍倍9/50延迟计算统一公式延迟计算统一公式xmxyuLDSSttC m0
3、其中:其中: x:为:为f或或r,表示,表示“下降下降”和或和或“上升上升”;y:x为为f时,时,y为为n; x为为r时,时,y为为p;m: 器件放大倍数;器件放大倍数;S:驱动串的串联数目(:驱动串的串联数目(Series););D:输出节点:输出节点内接内接器件数目(器件数目(Device););10/50教材:教材:P22110min|2NOTmfnuttC8.1 门延时的估计门延时的估计逻辑链延迟逻辑链延迟220min3|322pu NANDmrttC230min3|423nu NORmfttC11/508.1 门延时的估计门延时的估计对一个具有对一个具有M级的逻辑链,若每个逻辑门的延时为级的逻辑链,若每个逻辑门的延时为ti,则整个链的总延时为,则整个链的总延时为每部分延时取决于每部分延时取决于门的类型:非门、与非门、或非门等门的类型:非门、与非门、或非门等门的尺寸:门的尺寸:FET尺寸的放大倍数尺寸的放大倍数输入信号输入信号扇出和扇入扇出和扇入延迟与扇入延迟与扇入N的关系的关系min()dtABnminminmin min, LCRCnC(1) ,1min()()N d Nt
4、xABn(1) ,1min()()mN d NBtxAnm1Mdi itt12/508.2 驱动大电容负载驱动大电容负载反相器基本参数反相器基本参数nppnnpPnMDDpnrfTnTpWWrLLRRR LLL VVWrWttVV全对称设计1 213/508.2 驱动大电容负载驱动大电容负载反相器驱动反相器反相器驱动反相器单位负载单位负载驱动驱动1个反相器,且被驱动反相器与驱动反相器的宽长比相同,则有个反相器,且被驱动反相器与驱动反相器的宽长比相同,则有ininsinLCtSCSttSCC00inLsinL CtCttCC00S倍负载倍负载被驱动反相器的宽长比是驱动反相器的宽长比的被驱动反相器的宽长比是驱动反相器的宽长比的S倍,倍, CLS倍, 为使延迟时间不变,应使驱动反相器倍, 为使延迟时间不变,应使驱动反相器RS倍,倍,S倍。倍。14/508.2 驱动大电容负载驱动大电容负载反相器链延时问题反相器链延时问题问题:问题:要驱动具有大输入电容的后级门,必须增大本级驱动门的面积,而本级驱动门面积的增大又会增加前级门的负载电容,如何解决这个问题?要驱动具有大输入电容的后级门,必须增大本级
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