UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA “TOR VERGATA”

Analisi di una porta NAND a due ingressi

Emanuele Duca

Anno Accademico 2006/2007

Introduzione

• Caratteristiche dei MOS utilizzati

• Progetto della NAND 2

• Analisi del tempo di ritardo

• Analisi della capacità di ingresso

• Analisi della potenza dissipata

• Analisi delle curve statiche

Proprietà dei MOS

• NMOS• L=2U• W=3U• AD=6e-12

•AS=6°-12•PD=12U•PS=12U

Caratteristiche statiche NMOS Caratteristiche statiche NMOS-gds

Progetto NAND 2

In1 In2 Out

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Schema e Risultati della porta

Tempo di Ritardo

Modello di ritardo lineare

Caso 1 Caso 2

Per valutare i tempi di salita e discesa è opportuno, date le caratteristiche della NAND fissare un ingresso a 1 e far variare l’altro.

Tempo di Ritardo

E’ possibile quindi caratterizzare 2 tempi di salita e 2 tempi di discesa, va considerato il caso peggiore.

Il tempo di salita risulterà diverso dal tempo di discesa a causa della diversa mobilità tra lacune ed elettroni.

Tempi di Salita

Cout Caso 1 Caso 2

0 f 0.5943 0.2869

10 f 0.7144 0.4346

20 f 0.8374 0.5877

30 f 0.9547 0.7098

40 f 1.0783 0.8175

50 f 1.1929 0.9229

60 f 1.3010 1.0457

70 f 1.4109 1.1609

Tsalita=RC*COUT+ti

Tempi di Discesa

Cout Discesa

0 f 0.2869

10 f 0.4346

20 f 0.5877

30 f 0.7098

40 f 0.8175

50 f 0.9229

60 f 1.0457

70 f 1.1609

Tdiscesa = 0,0067*Cout + 0,2636

Per quanto riguarda il tempo di discesa abbiamo un solo caso perché entrambi i transistor N devono essere in conduzione

Capacita d’Ingresso

Realizzando una serie di due NAND uguali, si misurano i tempi di discesa e di salita della prima NAND da cui è possibile ricavare il valore della capacità di uscita che provoca i ritardi. Questa corrisponderà a quella d’ingresso della seconda NAND.

Capacita d’Ingresso

Per modellizzare la capacità d’ingresso, considerando il circuito sopra basterà calcolare la COUT della prima NAND che risulterà essere uguale alla CIN della seconda

Cout1=Cin2=(tdelay r,f- ti) / Rc

Capacita d’Ingresso

Delay rise = 0,6139 ns Cin = 24,32 fF

Delay fall = 0,4056 ns Cin = 21,19 fF

CinAVG ≈ 22 fF

Potenza Dissipata

Moltiplicando l’integrale della corrente fornita dal generatore per la tensione Vdd si ottiene il valore di Energia dinamica dissipata

Potenza Dissipata

C1 24fF 48fF 72fF 96fF 120fF

E[pJ] 2.103 2.742 3.298 3.978 4.496

Caratteristiche statiche

Caratteristiche statiche al variare della temperatura da -30°C a 100°C: