Analisi NAND 2-input
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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: