Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 30
Текст из файла (страница 30)
3.13 и 3.15. Например, парис. 3.)6показанаЗ-входовая КМОП схемаИ-НЕ, ол оп ол оя оп оп оп оя оп оп оп оп 3.3.5. Коэффициентобъединения по входу оп Н ол оп ол 3.3. КМОП-логика 121 (а) ООО ((э) А в с д2 д2 оЗ ш ш оо х ллн лил лнн ньл нлн ннл ннн ОИ Оп ок оп ОИ Оп ОИ ОП Оп ОИ Оп ОИ Оп ОИ Оп ОИ оп оп ОИ ОП Оп ОИ Оп ОИ ОИ Оп ОИ Оп ОП ОИ Оп ОИ ОИ ОП Н оп ок Н о« оп н ОП ОИ Н ОИ Оп Н Оп ок Н оо оп Н Оп ОИ А в — ~ ~о — т с (с) ;-'о с. 3.16. 3-входовая КМОП-схема И. НЕ: (а) принципиальная схема; (Ь) таблица, : исывающая работу схемы (Š— низкий уровень, Н вЂ” высокий уровень, ои— .:ахрыт, оп — открыт); (с) условное обозначение В принципе можно создавать КМОП-схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ с очень большим числом входов.
Однако на практике сопротивление последовательно включенных «открытых» транзисторов обычно ограничивает коэффициент объединения по входу у КМ ОП-схем числом 4 для вентилей ИЛИ-НЕ и числом б для вентилей И-НЕ. По мере увеличения числа входов разработчики КМОП-схем могут увеличивать размеры последовательно включенных транзисторов для уменьшения их сопротивленияия и соответствующей задержки переключения. Однако с некоторого момента этот способ становится неэффективным или непрактичным. Вентиль с большим числом входов можно сделать более быстрым и меньших размеров путем последовательного включения схем с меньшим числом входов. На рис.3.17 показана логическая структура 8-входового КМОП-элемента И-НЕ.
Полная задержка прохождения сигнала через 4-входа вую схему И-НЕ, 2-входовую схему ИЛИ-НЕ и инвертор обычно меньше, чем задержка в одноуровневой 8-входовой схеме И-НЕ. 11 12 13 14 и 12 13 14 18 О(!Т 18 18 17 18 'Л Рис. 3. 17. Схе ми ый эквивалент внутренней структуры 8-в ходового КМОП-элел5ента И-НЕ 122 Глава 3. Цифровые схемы Уоо = +5.08 (а (Ь) Д (31 (22 (23 (34 г ой оп оп ой Н оп ой ой оп Н (с) А Рис.
3.18. Неинвертирующий КЧОП-буфер; (а) принципиальная схема; (Ь) таб- лица, описывающая работу схемы (Ь вЂ” низкий уровень, Н вЂ” высокий уровень, о(( — закрыт, оп — открыт); (с) условное обозначение (а) 'аа (Ь) А в О! 02 03 04 05 06 ов оп ая оп оп оя ь н оя ап ап ая ап оя н ь оп оя ав оп оп оя н н оп оя ап оя ая оп н ) г (с) Рис. 3.19. 2-входовая КЧОП-схема И: (а) принципиальная схема; (Ь) таблица, описывающая работу схемы (Ь вЂ” низкий уровень, Н - высокий уровень, ой— закрыт, оп — открыт); (с) условное обозначение 3.3.6. Неинвертирующие вентили 8 КМОП-логике н в большинстве лругих логических семейств простейшими являются схемы инверторов, а следом за ними идут элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ.
Инверсия получается «бесплатноп и обычно невозможно создать неинвертируюший вентиль с меньшим числом транзисторов, чем в простом инверторе. Неинвертирующий КМОП-буфер, а также логические схемы И и ИЛИ получаются в результате подключения инвертора к выходу соответствующего инвертирующего элемента.
Реализованные таким образом неинвертирующий буфер и логический элемент И показаны на рис. 3.18 и рис. 3.19 соответственно. Комбинация схемы, приведенной на рис. 3, 15(а), с инвертором дает логический элемент ИЛИ 3.3. КМОП-логика 123 3.3.7. КМОП-схемы И-ИЛИ-НЕ и ИЛИ-И-НЕ По КМОП-технологии всего лишь на одном «слое» транзисторов можно реализовать двухуровневую логику, то есть последовательное выполнение двух логических операций. Например, на рис. 3 20(а) представлена двухвходовая КМОП-схема И-ИЛИ-НЕ(А)ИЕНОЯ-1(уУЕЯТ АОI дате) с двухкратным обьедн пением по ИЛИ.
Таблица, описывающая работу этой схемы, приведена парис. 3.20(Ь), а схема, реализующая соответствующую логическую функцию с помощью вентилей И и ИЛИНЕ, показана на рис. 3.21. Добавляя илн удаляя транзисторы в схеме на рис. 3.20(а), можно получить функцию И-ИЛИ-НЕ с другим числом вентилей И и с другим числом входов у этих вентилей.
оао А В С О В7 Ет ВЕ Па ЕЗ Пп Е7 Еа З ' ис. 3.20. КМОП-схема И-ИЛИ-НЕ: [а) принципиальная схема; (Ь) таблица, опн- пывающая работу схемы (Š— низкий уровень, Н вЂ” высокий уровень, ой — закрыт, :и — открыт) Рис. 3.21. Логическая схема КМОП- вентиля И вЂ” ИЛИ-НЕ Содержание каждого из столбцов Д1-Д8 в таблице на рнс. 3 20(Ь) зависит только от входного сигнала, поданного на затвор соответствующего транзистора. Последний столбец заполняется путем проверки для каждой входной комбинации, оказывается ли выход 2 соединенным через «открытый» транзистор с шиной питания 1' оо или он соединен с землей.
Обратите внимание, что при любой комбинации входных сигналов выход никогда не бывает соединен одиовремеииос шиной питания р и с землей; в этом случае напряжение на выхоле было бы где-то посередине между т ьн ььн ьнь ьнь ьнн ьнн ньь ньь нсн ньн ннь ннь ннн ннн ОИ Н оя ОИ Н оя оя Н ОИ оп Н ОИ ап ап оп Н оп оп Н оп оп н оп оп ОИ оп Оп ОИ ОП оп ОИ оп оп ОИ оп оп оп оИ оп оп ОИ оп Оп ОИ Оп ОП ОИ ОИ оп оп ая сп ОИ ОИ ОП оя оя ап оп оп оп оя оп оп оя ап оп ОИ оп оя оя оп оя оп сп ап ап о« оИ Оп оп сп оп ок сп оп аи оп ок ап оп оИ ОП ОИ ОИ оп ОИ оп ап оп оп оп ОИ оп Н о ОИ Н оя оп Н оп ОИ оя оп Н оп оп Н оя оп Н оп оп ая оп Н оп ак Н оп ап Н оп оя оп ап оп оп оп оп оп 124 Глава 3. Цифровые схемы низким н высоким уровнями и не соответствовало бы ни одному из логических уровней, а выходная цепь потребляла бы чрезмерно большую мощность из-за малого сопротивления между шиной питания )7 н землей.
пп Можно также разработать схему, реализующую функцию ИЛИ-И-НЕ. Например, на рис. 3.22(а) приведена двухвходовая КМОП-сиена ИЛИ-И-НЕ(ОР-А)уО- ))у)7ЕР Б ОА! Ише), а на рис. 3.22(Ь) — таблица, описывающая работу этой схемы; состояния транзисторов и значения сигналов в каждом столбце определены так же, как это было сделано для КМОП-схемы И-ИЛИ-НЕ. Схема, реализующая соответствующую логическую функцию с помощью вентилей ИЛИ и И-НЕ, показана парис.3.23. (а) Иап (Ь) и В с о щ да (>3 да дз да с7 са и Рис. 3.22.
КМОП-схема ИЛИ-И-НЕ: (а) принципиальная схема; (Ь) таблица, опи- сывающая работу схемы (Š— низкий уровень, Н вЂ” высокий уровень, о(( — закрыт, оп — открыт) Рис. 3.23. Логическая схема КМОП- вентиля ИЛИ вЂ” И-НЕ Быстродействие и другие электрические характеристики КМОП-схем И-ИЛИ-НЕ и ИЛИ-И-НЕ очень близки к параметрам одиночных КМОП-схем И-НЕ или ИЛИ-НЕ.
В результате, эти схемы очень привлекательны, потому что могут выполнять двухуровневую логическую операцию (И-ИЛИ либо ИЛИ-И) с задержкой, соответствующей одному уровню. Большинство конструкторов цифровых устройств не затрудняют себя применением схем И-ИЛИ-НЕ в своих разработках. Олнако в составе СБИС, выполненных по КМОП-технологии, эти схемы используют часто, так как многие языки описания схем могут автоматически преобразовывать схемы логики И/ИЛИ в схемы И-ИЛИ-НЕ, когда это целесообразно. ьсн ьсн ьнс ьнь ьнн ьнн нсь ньь ньн нсн ннс ннь ннн ннн ок ап Н оИ оп оя ап Н оп оп оп Н ак оп аИ ап Н оп оп ап оа н оп о» оп оп Н оп оя оп а« Н оп ок оп ок Н оп ок ИИ оп ая ап оя ап оп оп ап ок оп оИ оп оп оп ая оя оп ок ап оп оп оп ап ап ак оп ои оп ак ап ап оа ап ок оп оп оя оп оп ок оп оп оп ап ок оп ои ок оп ак ап ап ок ап оя оИ оп ок оп оп оп оп ок оп ап Н оп аа Н оя оп Н ап оп оп н оп ок оп оп ап ок оп оп Н оп ая ок оп ап ок оп ап Н оп ок оя оп Ь оп аа 3.$.
Электрические свойства КМОП-схем 126 3.4. Электрические свойства КМОП-схем В трех следующих параграфах обсуждаются электрические, а не логические аспекты работы КМОП-схем. Если вы проектируетеревльные схемы, в которых используются КМОП- илн другие логические семейства, то понимание рассматриваемых здесь вопросов является важным. Бдльшая часть материала этого параграфа нацелена на то, чтобы служить основанием для уверенности, что «цифровая абстракция» действительно справедлива применительно к данной схеме. В частности, разработчик схемы или системы должен обеспечить выполнение ряда условий в отношении предельных технических характеристик (епятвеппя двлгяп тогяип), то есть гарантировать, что схема будет работать надлежащим образом даже в самых плохих условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
