7. Окончательный анализ работы устройства

7.1 Расчет паразитных емкостей и сопротивлений

Для расчета паразитных емкостей и сопротивлений используем следующие значения:

- сопротивление 1-го слоя металлизации R_m1 = 0.25 Ом/□

- сопротивление 2-го слоя металлизации R_m2 = 0.05 Ом/□

- толщина подзатворного окисла d_ок = 0.5мкм

- диэлектрическая проницаемость окисла ε_ок = 3.9

Рассчитаем паразитные емкость и сопротивление самых больших шин.

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_ок

где S – площадь обкладок паразитного конденсатора.

t_{зд пар}= R_пар *С_пар подсчитаем для больших значений.

Шины	Спар, фФ		Rпар, Ом/□		tзд пар,пс
	теория	Microwind	теория	Microwind
R	8.35	20.31	18.9	37	0.75
S	10.74	43.82	24.31	38	1.6
м/у тремя триггерами (м/у элементами и и или)	24.85	46.68	35.15	49	2.3

Если С_пар< 20 фФ и R_пар< 25 Ом , т.е. t_{зд пар}= R_пар *С_пар < 0.5 пс то паразитными емкостями можно пренебречь. Как видно из таблицы выше в схему необходимо ввести паразитные емкости.

2. Параметры спроектированного устройства с учетом паразитных емкостей и сопротивлений

Включим в электрическую схему все паразитные емкости.

Результаты работы устройства:

t_зд⁰¹ = 3.9 нс t_зд¹⁰ = 3.4 нс t_{зд ср} = 3.65 нс t_ф = 0.81нс t_ср = 0.92нс

Все параметры устройства удовлетворяют начальным условиям.

t_ф = t_ср 1 нс t_зд < 10 нс

7.3 Изменение номинала источника питания и нагрузочной емкости: U_ип = 5В, C_н = 1пФ.

При таких номиналах U_ип и C_н параметры схемы не удовлетворяют требованиям ТЗ. Для выполнения требований ТЗ следует либо понижать нагрузочную емкость, либо увеличивать топологические размеры элементов.

4. Максимальная частота

Будем увеличивать частоту, а, следовательно уменьшать период и найдем максимальную частоту на которой схема будет работать. Как видно из предыдущих исследований, времена фронта и среза очень близки к 1нс, то есть при незначительном увеличении частоты эти времена должны выйти за рамки ТЗ. И уже при частоте110МГц схема не удовлетворяет требованиям ТЗ.

4. Потребляемая мощность

Так как t_ф ~ t_ср, то потребляемую мощность можно рассчитать по формулам:

Мощность, потребляемая отдельным триггером:

P = С_н*f_т*U­_ип² = 0.1пФ·100МГц·(3.5) ²В² = 0.122мВт

Мощность, потребляемая всей схемой целиком:

P_сх = *f_т*U­_ип² =0.488 мВТ

8. Вывод

- Спроектированное устройство – делитель на 5 выполняет заданную функцию. При этом его параметры удовлетворяют условиям ТЗ.

- Данное устройство занимает площадь 201мкм на 70мкм.

- Устройство спроектировано в базисе элементов И-НЕ, так как элементы получаются меньшей площади, и для их переключения требуется чтобы на всех входах ЛЭ были уровни лог. единицы, что значительно уменьшает вероятность ложного переключения устройства при появлении помех, по сравнению с элементами логического базиса ИЛИ-НЕ.

- Рассмотрена работа схемы с нагрузочной емкостью 0.1пФ. Увеличение емкости в 10 раз до 10пФ привело к тому, что условия ТЗ перестали выполняться.

- Устройство работает на частоте 100 МГц. Дальнейшее увеличение частоты приводит к тому, что параметры устройства не удовлетворяют требованиям ТЗ.

- Потребляемая мощность - 0.488мВт

9. Используемая литература

1. А. Г. Алексенко, И.И. Шагурин. Микросхемотехника. Учебное пособие для высших учебных заведений. 1990г.

2. Л. Ю. Шишина. Проектирование цифровых МДП ИС. Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Элементная база цифровых ИС». Москва 1994.

3. Е. Угрюмов Цифровая схемотехника. Учебное пособие. 2004г.