Преобразование исходной схемы:

Данная схема построена на JK-триггерах ,входы J и К которых объединены. В таком включении JK-триггер представляет собой TV-триггер,работающий в счётном режиме. Необходимо получить элемент работающий аналогично, но построенный на DV-триггерах.

Рассмотрим схемы преобразования:

Схема D - триггера

D-триггер задерживает на один такт информацию, существующую на входе D. Закон функционирования D-триггера (триггера задержки)

Схема DV – триггера

Триггеры DV-типа представляют собой модификацию D-триггеров. Наличие дополнительного разрешающего входа V позволяет в нужные моменты времени сохранять информацию на выходах в течение требуемого числа тактов.

Способ получения Т - триггера из D - триггера

TV - триггер

Таким образом чтобы получить заданную схему на DV - триггерах необходимо:

- из синхронируемого D-триггера со статическим управлением сделать синхронируемый триггер с динамическим управлением путём создания двуступенчатого триггера

- соединить вход D с инверсным выходом триггера

- ввести вход V для получения DV-триггера

Полученнаясхема TV - триггерабудет выглядеть следующим образом:

Исходная схема на DV - триггерах

Выполнение схемотехнической части.

Используем параметры эквивалентного логического элемента, разработанного в

курсовом проекте по микросхемотехнике ЦИС

Данное устройство построено на элементах И-НЕ.

Размеры транзисторов:

Инвертор:L_n=L_p=2λ W_n=5λ, W_p=16λ L_n=L_p=1.2мкм W_n=3 мкм, Wp=9.6 мкм

2И-НЕ: L_n=L_p=2λ W_n=10λ, W_p=16λ L_n=L_p=1.2мкм W_n=6 мкм, Wp=9.6 мкм

3И-НЕ: L_n=L_p=2λ W_n=15λ, W_p=16λ L_n=L_p=1.2мкм W_n=9 мкм, Wp=9.6 мкм

Расчёт времён задержки, фронта, среза(t_ф.= t_ср)

Т.к. в данной схеме на триггеры тактовый импульс поступает синхронно, то максимальная задержка на каждый триггер будет примерно равна периоду сигнала - 20 нс , деленному на три, т.е.

t _{зд ср} <Т/3=16.66нс

Триггер является двухступенчатым, работающим по срезу тактового импульса. Так как тактовый сигнал поступает параллельно на каждый разряд счетчика ,то время задержки всей схемы будет равняться времени задержки на один разряд. Каждый разряд состоит из DV-триггера и схемы его преобразования в TV. Задержка на триггер будет равна задержке на второй ступени. Максимальное число ЛЭ, через которые пройдет сигнал на второй ступени равно шести: три на триггере-защелке(RS) и три на управляющей цепи (учитывая инверсию синхросигнала). На первой- семь ЛЭ, учитывая схему преобразования . Следовательно для каждого разряда должно выполнятся условие :

t _зд <Т/3=16.66нс t_ф.= t_ср ≤ 2нс

После предварительного расчета и проектирования в программе OrCAD получили следующие результаты работы триггера:

t_зд⁰¹ = 1.05 нс t_зд¹⁰ = 2.06 нс t_ф = 1.44 нс t_ср = 1.75 нс

Эти результаты полностью удовлетворяют заданным условиям.

Эквивалентная схема двухступенчатого т-триггера,

построенного на DV- триггере.

Результаты работы двуступенчатого Т-триггера на

DV-триггерах,срабатывающего по срезу синхросигнала

Эквивалентная схема суммирующего счётчика с параллельным переносом

Результаты работы

суммирующего счётчика с параллельным переносом

Анализ работы счётчика

Анализ работы счётчика проведём с помощью программы OrCAD.

На выходе Q4:

t_ср= 1.56 нс

t_ф.= 1.46 нс

t_зд⁰¹ = 1.05 нс

t_зд¹⁰ = 2.06 нс

t _{зд ср}= 1.55 нс

На остальных выходах полученные характеристики те же.

Топологическое проектирование.

Выполним эскизный чертёж топологии устройства и расчитаем паразитные сопротивления и ёмкости межсоединений.

Топология логических элементов

ТопологияDV-триггера

Топология устройства

- сопротивление 1-го слоя металлизации, R_m1= 0.1 Ом/ٱ

- сопротивление 2-го слоя металлизации, R_m2= 0.05 Ом/ٱ

- толщина подзатворного окисла - d_ок= 30нм

- диэлектрическая проницаемость окисла, ε_ок=3,9

Рассчитаем паразитные ёмкость и сопротивление одной из самых больших шин – шина Т

R_пар= l_m R_m/W где l_m – длина слоя металлизации, R_m – его сопротивление,

W – ширина шины

С_пар=( ε_о ε_ок S)/d_SiO2 где S – площадь обкладок паразитного конденсатора.

В результате получаем:

R_пар= 44 Ом

С_пар= 245 фФ

t_зд = R_пар С_пар= 0,11нс

При расчёте использовались данные, посчитанные вручную и программой MicroWind, сравнивались и выбирались наибольшие значения.