Топологическое проектирование

Первый этап топологического проектирования заключается в создании логических вентилей, используемых в данном устройстве. По техническому заданию разрабатываемое устройство проектируется в технологическом базисе ES2-0.7um.

Топологические схемы используемых вентилей представлены на рисунках 19-20.

Рисунок 19 - Инвертор, 2nor, 3nor

Рисунок 20 – Буфер

Далее с помощью полученных элементов приступаем к реализации топологии разрабатываемого устройства.

Топология устройства представлена на рисунке 21.

Рисунок 21 - Топология устройства

Аналитические расчеты

Расчёт входных емкостей ЛЭ.

Входная ёмкость КМОП-элемента образована емкостями подзатворного

диэлектрика n-и p-канального транзисторов и рассчитывается по формуле плоского конденсатора:

Вычислим емкости всех ЛЭ и занесем их в таблицу 3.

Таблица 3 - Входные емкости ЛЭ

Расчёт удельных паразитных сопротивления и ёмкости слоя металлизации.

Технология ES2-0.7um, следовательно, Wme=3λ= мкм.

С помощью формулы плоского конденсатора вычислим удельную паразитную емкость:

Зная заданное технологией, можем вычислить удельное погонное сопротивление дорожки металлизации по формуле:

Расчет максимально допустимой длины шины разводки металла.

Логические элементы в CMOS имеют входные емкости и естественно обладают выходным сопротивлением. Процесс включения ЛЭ можно представить как заряд входной емкости, через выходное сопротивление аналогичного ЛЭ с постоянной времени равной: .

Дорожки металлизации обладают удельными сопротивлениями и емкостями. Влияние этих паразитных емкостей и сопротивлений можно учесть, включив N RC цепочек, чем больше N, тем точнее будет смоделировано влияние паразитных элементов.

Схема показана на рисунке 22.

Рисунок 22 - Учет влияния межсоединений

В рамках курсового проекта ограничимся одним резистором и одной емкостью при расчете влияния паразитных элементов.

τ с учётом задержки в межсоединении:

Полагая, что сквозным током через логический элемент можно пренебречь, что выходное сопротивление ЛЭ не превышает сопротивления инвертора, и что большую часть времени при переключении ЛЭ транзистор работает в крутой области:

- максимальный коэффициент разветвеления, встречающийся в схеме.

.

Для оценки влияния положим, что влияние считается пренебрежимым, если постоянная времени увеличивается менее, чем на 10%.

Пусть

Найдем при котором

Приведем уравнение к квадратному от .

Решая квадратное уравнение, получаем:

Расчет потребляемой мощности.

Для оценки потребляемой мощности устройства положим, что все вентили переключаются один раз за период. При этом заряд протекает с питания на землю. Мы пренебрегаем влиянием паразитных элементов и сквозными токами.

Динамическая мощность вычисляется по формуле:

- коэффициент объединения по входу

- входная емкость логического элемента

- нагрузочная емкость устройства

- рабочая частота устройства

На рисунке 23 показан график средней потребляемой мощности устройства.

Рисунок 23 – Средняя потребляемая мощность устройства

Можем видеть, что средняя мощность , что согласуется с приведенным выше расчетом.