Курсовые / Курсовые (ЭКТ) / Приложение

Приложение I.

КМОП элементная база – это класс схем, которые могут быть описаны обобщенной структурной схемой:

Обобщенная структурная схема нужна для того, чтобы генерить конкретные схемотехнические решения с помощью морфологического метода. В структуре схемы выделяют: нагрузочный элемент (НЭ), переключательный элемент (ПЭ), шина питания, шина земли, вход и выход. Так для простейшего элемента – инвертора, нагрузочным элементом является p-канальный транзистор, а переключательным – n-канальный. Таким образом, инвертор состоит из двух транзисторов и связями между ними. Общий принцип работы такого элемента:

Когда на входе имеется напряжение логического нуля, n-канальный транзистор закрыт, тогда его можно представить разомкнутым ключом. При этом p-канальный транзистор открыт, следовательно, его можно уподобить ключу разомкнутому. В этом состоянии цепь между шиной питания и общей шиной разомкнута, и ток в этой цепи не протекает. Тогда U_вых=Е_п.

Если на входе напряжение логической единицы, то получим наоборот. Тогда выход связан с общей шиной и имеет напряжения логического нуля.

Основной статической характеристикой логических элементов является зависимость напряжения, на выходе от напряжения на одном из входов, называемая передаточной характеристикой. Существует два типа передаточных характеристик: с инверсией и без инверсии входного сигнала. На рисунке показана передаточная характеристика с инверсией. Прямая Uвх=Uвых является линией единичного усиления обеспечивает точное воспроизведение входного сигнала на выходе.

К основным характеристикам можно также отнести входную характеристику (это зависимость входного тока от функции входного напряжения). По типу входной характеристики все переключательные элементы делятся на 2 класса: 1 – приборы, управляемые напряжением (характерной особен-ностью является равенство входного тока нулю при входном напряжении меньше некоторого критического значения). На рисунке представлен график для МОП транзистора. Существуют также приборы, управляемые током. Для них входные токи имеют экспоненциальную зависимость.

Приложение II.

Для подсчета средней потребляемой мощности за период была написана специальная целевая функция (Goal Function). Описание ее следующее:

Pow(1) = mpavg(x1,x2,1)

{

1| Search forward level(5%,p) !1

Search forward level(5%,p) !2;

}

Здесь pow – название функции (единица в левой части означает, что на ее месте надо писать вид расчетной зависимости), mpavg - функция, считающая среднее значение по оси Y между двумя значениями по оси X (последняя цифра означает область распространения подсчета в этом интервале, выражается в процентах). В фигурных скобках описывается тело функции.

Для подсчета также можно использовать другой вариант: вывести с каким-то шагом все значения тока на источнике питания, посчитать их среднее значение и умножить на напряжение питания. Но этот способ не очень приемлем в Orcad Capture, поскольку каждую схему приходится дополнительно считать в Pspice для вывода в output файле всех значений.

Приложение III.

Расчет задержек в схеме проводился следующим образом:

Вычисляется середина времени возрастания (спада) входного импульса (на рисунке для t01). Затем считается время спада (возрастания) выходного импульса следующим образом: от верхнего и нижнего края в пределах 10% берется какая-нибудь точка (для большей точности я брал как можно ближе к перегибу), затем вычисляется среднее между ними. Разница между двумя серединами и будет задержкой переключения. Средняя задержка считается как их среднее арифметическое.

Пример netlistа для случая ненагруженной схемы:

CIRCUIT C:\Мои документы\pspice\microwind\shema.MSK

* IC Technology: CMOS 0.12µm - 6 Metal

VDD 1 0 DC 1.2 Переключение осуществляется по одному входу

Vin3 15 0 dc 0 IN1, остальные имеют постоянные значения

Vin2 16 0 dc 1.2

Vin1 17 0 PULSE(0.00 1.20 10ps 10ps 10ps 61.5ps 143ps)

* List of nodes

* "out" corresponds to n°3

* "N4" corresponds to n°4

* "EPiline" corresponds to n°5

* "N6" corresponds to n°6

* "EPinv" corresponds to n°7

* "N8" corresponds to n°8

* "EPine" corresponds to n°9

* "in3" corresponds to n°15

* "in2" corresponds to n°16

* "in1" corresponds to n°17

* MOS devices

MN1 0 15 3 0 N1 W= 0.36U L= 0.24U

MN2 3 6 0 0 N1 W= 0.36U L= 0.24U

MN3 0 8 6 0 N1 W= 0.36U L= 0.24U

MN4 13 16 8 0 N1 W= 0.36U L= 0.24U

MN5 0 17 13 0 N1 W= 0.36U L= 0.24U

MP1 4 15 3 1 P1 W= 0.36U L= 0.24U

MP2 1 6 4 1 P1 W= 0.36U L= 0.24U

MP3 1 8 6 1 P1 W= 0.36U L= 0.24U

MP4 1 16 8 1 P1 W= 0.36U L= 0.24U

MP5 8 17 1 1 P1 W= 0.36U L= 0.24U

C2 1 0 2.538fF

C3 3 0 1.217fF

C4 4 0 0.211fF

C5 1 0 0.195fF

C6 6 0 1.161fF

C7 1 0 0.195fF

C8 8 0 1.882fF

C9 1 0 0.282fF

C13 13 0 0.226fF

C15 15 0 0.426fF

C16 16 0 0.394fF

C17 17 0 0.410fF

* n-MOS Model 3 :

.MODEL N1 NMOS LEVEL=3 VTO=0.30 U0=0.060 TOX= 3.5E-9

+LD =0.000U THETA=0.300 GAMMA=0.400

+PHI=0.200 KAPPA=0.060 VMAX=170.00K

+CGSO=100.0p CGDO=100.0p

+CGBO= 60.0p CJSW=240.0p

* p-MOS Model 3:

.MODEL P1 PMOS LEVEL=3 VTO=-0.30 U0=0.020 TOX= 3.5E-9

+LD =0.000U THETA=0.300 GAMMA=0.400

+PHI=0.200 KAPPA=0.060 VMAX=120.00K

+CGSO=100.0p CGDO=100.0p

+CGBO= 60.0p CJSW=240.0p

* Transient analysis

.TEMP 27

*.temp -50 -23 0 27 50 вариация температуры

.TRAN 0.1p 400p

*.STEP vdd LIST 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 вариация напряжения питания

.PROBE

.END

Задание на курсовую:

1. В среде Microwind построить топологию схемы на транзисторах с указанными параметрами без нагруженных инверторов и с 1, 2, 4-мя нагруженными инверторами. Затем экстрагировать схемы в Pspice.

2. В среде Orcad Capture построить заданную схему для тех же случаев. Параметры транзисторов взять из Microwindа.

3. Рассчитать средние задержки для всех случаев в Orcad Capture и Pspice. Сравнить их путем построения зависимости средней задержки то числа нагруженных инверторов.

4. Для случая ненагруженной схемы рассчитать средние задержки при различном напряжении питания и температуры(Orcad Capture и Pspice).

5. Построить графики зависимостей средней задержки от питания и температуры.

6. Построить графики зависимостей потребляемой мощности за период от питания и температуры.

7. Построить модель кольцевого генератора с 3, 5, 7-ю инверторами, и для каждого случая рассчитать минимальную задержку. Построить график зависимости задержки от числа инверторов и определить среднюю задержку.

Параметры транзисторов:

Технология 0.12мкм

L=2min

W=0.36

Пример модели кольцевого генератора для семи инверторов: