Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Cadence / DSD 4 / lecture13-14

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
84.87 Кб
Скачать

CSE477

VLSI Digital Circuits

Fall 2001

Lecture 13 &14: Dynamic CMOS

www.cse.psu.edu/~cg477

[Adapted in part from Rabaey’s Digital Integrated Circuits, ©Prentice Hall, 1995]

CSE477 L# topic.1

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Review: Designing Fast CMOS Gates

qTransistor sizing

qProgressive transistor sizing

l fet closest to the output is smallest of series fets

q Transistor ordering

l put latest arriving signal closest to the output

q Logic structure reordering

l replace large fan-in gates with smaller fan-in gate network

q Buffer (inverter) insertion

lseparate large fan-in from large CL with buffers

luses buffers so no more than four t-gates in series

CSE477 L# topic.2

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Review: Designing Low Power CMOS Gates

P = CL VDD2 f01 + tscVDD Ipeak f01 + VDD Ileakage

q Reduce switching (supply) voltage

lquadratic effect -> dramatic savings

lnegative effect on performance

qReduce load capacitance

qReduce switching frequency

lswitching activity and glitching

-delay balancing - equalizing timing paths through logic

-logic topology alternatives

-input ordering - postpone signals with high transition rates

lclock rate

qReduce short circuit currents (slope engineering)

qReduce leakage currents

CSE477 L# topic.3

Irwin&Vijay, PSU, 2001

In addition, the Eclipse Group’s engineers were finding plenty of bugs in the logic of their design. … So Rasala’s schedules slipped and slipped, and slipped again. “The way to stay on schedule,” he said, “is to make another one.”

The Soul of a New Machine, Kidder, pg. 246

CSE477 L# topic.4

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Dynamic CMOS

qIn static circuits at every point in time (except when

switching) the output is connected to either GND or VDD via a low resistance path.

l fan-in of N requires 2N devices

qDynamic circuits rely on the temporary storage of signal values on the capacitance of high impedance nodes.

lrequires on N + 2 transistors

ltakes a sequence of precharge and conditional evaluation phases to realize logic functions

CSE477 L# topic.5

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Dynamic Gate

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLK

 

 

 

 

 

Mp

 

 

 

 

 

Mp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Out

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Out

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CL

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In2

 

 

 

 

 

PDN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLK Me

CLK Me

Two phase operation

Precharge (CLK = 0)

Evaluate (CLK = 1)

CSE477 L# topic.6

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Dynamic Gate

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

off

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mp

 

 

 

 

 

Mp on

 

 

 

CLK

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Out

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Out

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CL

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

!((A&B)|C)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In2

 

 

 

 

PDN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLK

 

 

 

 

Me

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

off

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLK

 

 

 

 

Me on

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Two phase operation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Precharge (CLK = 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Evaluate (CLK = 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CSE477 L# topic.7

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Conditions on Output

qOnce the output of a dynamic gate is discharged, it cannot be charged again until the next precharge operation.

qInputs to the gate can make at most one transition during evaluation.

qOutput can be in the high impedance state during and after evaluation (PDN off), state is stored on CL

CSE477 L# topic.8

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Properties of Dynamic Gates

q Logic function is implemented by the PDN only

lnumber of transistors is N + 2 (versus 2N for static complementary CMOS)

lshould be smaller in area than static complementary CMOS

qFull swing outputs (VOL = GND and VOH = VDD)

qNonratioed - sizing of the devices is not important for proper functioning

qFaster switching speeds

lreduced load capacitance due to lower number of transistors per gate (Cint)

lreduced load capacitance due to smaller fan-out (Cext)

lno Isc, so all the current provided by PDN goes into discharging CL

CSE477 L# topic.9

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Properties of Dynamic Gates, con’t

q Power dissipation should be better

l consumes only dynamic power – no short circuit power consumption since the pull-up path is not on when evaluating

l lower CL

l by construction can have at most one transition per cycle – no glitching

q But power dissipation can be significantly higher due to

l higher transition probabilities l extra load on CLK

q PDN starts to work as soon as the input signals exceed VTn, so set VM, VIH and VIL equal to VTn

l low noise margin (NML)

q Needs a precharge clock

CSE477 L# topic.10

Irwin&Vijay, PSU, 2001

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке DSD 4