- •Содержание
- •1. Задание на курсовую работу…………………………………………1
- •1. Задание на курсовую работу
- •Справочные данные и принятые обозначения.
- •2. Упрощение заданной функции с помощью карты Карно.
- •3. Разработка электрической схемы в заданном схемотехническом базисе.
- •5. Расчет характеристик схемы с помощью программы pspice.
- •6. Технологический маршрут формирования n-моп транзистора.
- •7. Выводы по результатам курсовой работы
- •Список используемой литературы :
Содержание
1. Задание на курсовую работу…………………………………………1
2. Упрощение заданной функции с помощью карты Карно………….2
3. Разработка электрической схемы в заданном схемотехническом базисе…………………………………………………………………….3
4. Аналитический расчет параметров транзисторов схемы………….3
5. Расчет характеристик схемы с помощью программы PSPICE…….5
6. Технологический маршрут формирования n-МОП транзистора….8
7. Выводы по результатам курсовой работы…………………………. 9
1. Задание на курсовую работу
“ Проектирование логического элемента”
В рамках курсовой работы необходимо:
Минимизировать заданную логическую функцию с учетом схемотехнического базиса.
Разработать электрическую схему логического элемента в заданном схемотехническом базисе. Рассчитать параметры компонентов.
Провести расчет передаточных и переходных характеристик на PC по программе PSPICE.
Предложить технологический маршрут изготовления логического элемента.
Разработать топологию логического элемента в соответствии с предложенным технологическим маршрутом и топологическими допусками.
Заданная функция имеет вид:
Справочные данные и принятые обозначения.
Толщина изолирующего диэлектрика dSiO2 = 50 нМ
Емкость нагрузки С=0,5 пФ
Материал подзатворного диэлектрика – окись кремния (SiO2)
Относительная диэлетрическая проницаемость SiO2 = 4
Диэлектрическая проницаемость ваккума 0 = 8,85*10-12 Ф/м
Подвижность электронов n = 600 см2/В*с
Подвижность дырок p = 300 см2/В*с
Глубина диффузии хJ = 0.7 мкм
Коэффициент влияния подложки = 0,25
Минимальный топологический размер = 3 мкм
Напряжение логического нуля U0 = 0,6 В
Напряжение логической единицы U1 = 7 В
Напряжение помехоустойчивости Uпу = 0,7 В
Средняя потребляемая мощность Рср = 0,5 мВт
Нагрузка нелинейная
Затвор - Al
2. Упрощение заданной функции с помощью карты Карно.
Так как логическая функция задана в совершенно дизъюнктивной нормальной форме, то карта Карно заполняется по 1 или хотя бы одно слагаемое принимает значение равное 1:
Карта Карно выглядит так:
AB CD |
00 |
01 |
11 |
10 |
00 |
1 |
1 |
0 |
1 |
01 |
0 |
1 |
0 |
0 |
11 |
0 |
1 |
0 |
0 |
10 |
1 |
1 |
0 |
1 |
Для считывания F с карты Карно необходимо сначало минимизировать F по нулям,то есть объединяем соседние состояния, при которых F принимает одинаковые состояния. Здесь объединяются квадрат и строка по четыре состояния. Одно состояние может войти в несколько объединений. В результате объединения записываются те переменные, которые не меняются при переходе из клетки в клетку.
После считывания проводятся преобразования к нужному элементному базису при использовании теоремы де-Моргана и двойной инверсии, в итоге мы получим:
3. Разработка электрической схемы в заданном схемотехническом базисе.
После упрощения функции, в соответствии с заданной нагрузкой, получаем следующую элетрическую схему:
4. Аналитический расчет
параметров транзисторов схемы.
По заданным параметрам определяем Uпор.0 :
Uпор.0 = U0+U0пу = 0,6+0,7=1,3 ( В )
Далее находим численные значения следующих величин Uип :
Uип = U1(1+)+Uпор0= 7(1+0.25)+1.3= 10.05 11 ( В )
Определяем значение I0:
Рср = (Р0 + Р1) /2 ; Р1 = 0
Рср = Р0/2 = (Uип * I0 )/2
В итоге получаем :
I0 = 2*Рср/Uип = (2*0,5*10-3) / 11 = 0,091*10-3 = 0,091 ( мА )
Крутизна нагрузочного транзистора (кн) определяется из следующего выражения :
Затем определяем крутизну для остальных транзисторов:
Найденное к0экв - для схемы в целом. Определим крутизну для каждого транзистора по отдельности, в соответствии с его включением. У параллельно включенных транзисторов крутизна равна, а у последовательно включенных :
1/кэкв = 1/к1 + 1/к2 = 2/к
В итоге, значения для каждого транзистора примут следующие значения:
Для А- B- B- D-сигналов : к=2*кэкв=2*2.84*10-5 = 5.69*10-5 (А/В2)
В следующем пункте определим геометрические размеры каждого транзистора по следующей методике :
к = куд*W/L
куд = *Суд
Суд = 0*SiO2/dок
а=W/L=к/куд
При а1 L = Lmin, W = Lmin*а;
При а1 L = Wmin/a, W = Wmin.
Для транзисторов с алюминиевым (Al) затвором :
Lmin = 3*
Wmin = 2*
Суд = 0*SiO2/dок = 4*8.85*10-12/50*10-9 = 0.708*10-3 (Ф)
Так как транзистор n-канальный, то = n = 600 (см2/В*с) :
куд = *Суд = 600*10-4*0,708*10-3 = 424,8*10-7 (А/В2)
Геометрические размеры транзисторов Т2, Т3, Т4 ,Т5
а=W/L=к/куд = 5.69*10-5/424,8*10-7 = 1.339,
так как а1, то L = Lmin = 3* = 9 (мкм).
W = a*Lmin = 1,339*3* = 12.05 13 (мкм).
Геометрические размеры для нагрузочного транзистора Т1:
к = кн = 3.16*10-6 (А/В2)
а = к/куд = 2.84*10-6/42,48*10-6 = 0,067
так как а1, то W = Wmin.= 2* = 6 (мкм),
L = Wmin/a = 6/0,067 = 89.55 90 (мкм).