2. Средняя потребляемая мощность ( )

Потребляемая мощность ключа складывается из двух составляющих: статической и динамической.

• Статическая мощность ( ): потребляется, когда ключ находится в одном из устойчивых состояний (0 или 1). В КМДП-ключах она близка к нулю (определяется только токами утечки). В ключах на резистивной или активной n-канальной нагрузке она значительна в одном из состояний.

• Динамическая мощность ( ): расходуется только в моменты перехода из одного состояния в другое на перезаряд емкости нагрузки . Она прямо пропорциональна частоте переключений и квадрату напряжения питания : Средняя потребляемая мощность определяется как:

3. Средняя работа переключения ( )

Работа переключения (или энергия переключения) — это интегральный показатель, характеризующий энергетические затраты на одно переключение ключа. Этот параметр является наиболее объективным критерием качества технологии изготовления ИС, так как он позволяет сравнивать приборы с разным быстродействием. Работа переключения равна произведению средней мощности на среднее время переключения: Физический смысл и тенденции:

• Чем меньше , тем совершеннее технология.

• Типичные значения для современных СБИС составляют величины порядка фемтоджоулей ( Дж).

• Минимизация достигается за счет уменьшения геометрических размеров транзисторов (снижение ) и снижения напряжения питания .

45. Логические элементы не, и, или, принципы их построения.

Логические элементы — это базовые узлы цифровых схем, выполняющие элементарные операции алгебры логики. В современных интегральных схемах они строятся преимущественно на КМДП-транзисторах (парах - и -канальных транзисторов).

Элемент НЕ (Инвертор)

Реализует функцию . Если на входе «1», на выходе «0», и наоборот.

• Принцип построения: Состоит из одного -канального (верхнее плечо) и одного -канального (нижнее плечо) транзисторов.

• Работа: При нижний транзистор открыт, соединяя выход с «землей» ( ). При открыт верхний транзистор, соединяя выход с питанием ( ).

Элемент И-НЕ (NAND)

Базовый элемент, так как на его основе можно собрать любую другую логику. Функция: .

• Принцип построения:

  • Нижнее плечо (n-каналы): Транзисторы включены последовательно. Цепь на «землю» замкнется только тогда, когда оба входа равны «1».

  • Верхнее плечо (p-каналы): Транзисторы включены параллельно. Если хотя бы на одном входе «0», верхний путь к питанию открыт.

• Логика: Выход равен «0» только при и .

Элемент ИЛИ-НЕ (NOR)

Функция: .

• Принцип построения:

  • Нижнее плечо (n-каналы): Транзисторы включены параллельно. Если на любом входе «1», выход соединяется с «землей».

  • Верхнее плечо (p-каналы): Транзисторы включены последовательно. Путь к питанию открыт только тогда, когда на обоих входах «0».

• Логика: Выход равен «1» только при и .

Элементы И и ИЛИ

В КМДП-технологии прямые операции И и ИЛИ реализуются сложнее, поэтому их строят путем добавления инвертора (НЕ) к выходу элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ соответственно.

• И (AND): Схема И-НЕ + Инвертор. .

• ИЛИ (OR): Схема ИЛИ-НЕ + Инвертор. .

Общие принципы построения КМДП-логики

1. Комплементарность: Для каждой группы -канальных транзисторов в нижней цепи (сеть разряда) строится дублирующая группа -канальных в верхней цепи (сеть заряда).

2. Дуальность: Если в нижней цепи транзисторы соединены последовательно, то в верхней они должны быть соединены параллельно, и наоборот.

3. Отсутствие статического тока: В любом логическом состоянии путь от питания к «земле» перекрыт одним из закрытых транзисторов.