© Circuiti Integrati Digitali L’invertitore
Tempo di ritardoTempo di ritardo
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Invertitore CMOSInvertitore CMOSRisposta dinamicaRisposta dinamica
VoutVout
Rn
Rp
VDDVDD
Vin= VDDVin= 0
(a) Basso Alto (b) Alto Basso
CLCL
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Tempo di ritardo, salita e discesaTempo di ritardo, salita e discesa
Vout
tf
tpHL tpLH
tr
t
Vin
t
90%
10%
50%
50%
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Circuito RC del primo ordineCircuito RC del primo ordine
vout
vin C
R
tp = ln (2) = 0.69 RC
Modello dinamico per il calcolo del tempo
di ritardo dell’invertitore
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Invertitore CMOSInvertitore CMOSRisposta dinamicaRisposta dinamica
tpHL = f(Ron.CL)
= 0.69 RonCL
VoutVout
Rn
Rp
VDDVDD
Vin= VDDVin= 0
(a) Basso Alto (b) Alto Basso
CLCL
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Ritardo dell’invertitoreRitardo dell’invertitore
• Lunghezza minima, L=0.25m• Assumiamo WP = 2WN =2W
• stessa corrente di pull-down e pull-up• resistenze equivalenti RN = RP• tempi di ritardo tpLH e tpHL uguali
• Modello RC del primo ordine
WNunit
Nunit
unit
PunitP RR
W
WR
W
WRR
11
tpHL = (ln 2) RNCL tpLH = (ln 2) RPCLRitardo:
2W
W
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Invertitore con caricoInvertitore con carico
Carico
Ritardo
Cint
CL
CN = Cgunit
CP = 2Cgunit
2W
W
2W
W
unitgunit
L CW
WC 3 unitd
unitdPdN C
W
WCCC 3int
intintint 169,069,0
C
CCRCCRt L
WLWp
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0 0.5 1 1.5 2 2.5
x 10-10
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
t (sec)
Vou
t(V)
Risposta dinamicaRisposta dinamica
tp = 0.69 CL (Reqn+Reqp)/2
?
tpLHtpHL
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Layout della cascata di due invertitoriLayout della cascata di due invertitori
Polysilicon
InOut
Metal1
VDD
GND
PMOS
NMOS
1.2 m=2
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Ottimizzare le prestazioniOttimizzare le prestazioni
Mantenere basse le capacità parassite Aumentare la larghezza dei transistor
Attenzione che aumentano anche le capacità di carico!
Aumentare VDD (????)
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Tempo di ritardo in funzione di VTempo di ritardo in funzione di VDDDD
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.41
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
VDD
(V)
t p(nor
mal
ized
)
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2 4 6 8 10 12 142
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8x 10
-11
S
t p(sec
)
Dimensionamento dei transistorDimensionamento dei transistor
(per un carico fissato)
Le capacità intrinseche sono dominanti:Effetto di “autocaricamento”
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1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 53
3.5
4
4.5
5x 10
-11
t p(sec
)
Rapporto NMOS/PMOSRapporto NMOS/PMOS
tpLH tpHL
tp = Wp/Wn
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Tempi di salita e di discesaTempi di salita e di discesat p
HL(n
sec
)0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
trise (nsec)10.80.60.40.20