INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS

Presentasjon om: "INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS"— Utskrift av presentasjonen:

1 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Statisk CMOS Komplementær CMOS Pseudo nMOS Ganged CMOS Source Follower Kaskode Switch logikk Tidsforsinkelse Effektforbruk Dynamisk effekt Statisk effekt Switching Kortslutning Lekkasje AV strøm Diode strøm Gate strøm Svak inversjon INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

2 Introduksjon til effektforbruk
May 2004 Introduksjon til effektforbruk Effektforbruk: Statisk effektforbruk: AV strøm. Tunnellering. Pn-overganger. Lekkasje i transistorer som overstyres. Effektforbruk over en tidsperiode T: Gjennomsnittelig effektforbruk over en tidsperioden: Dynamisk effektforbruk: Opp- og utladning av kapasitanser. Kortslutningsstrøm. INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

3 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Svak inversjon Korte kanaler og kraftig elektrisk felt gir ”drain induced barrier lowering” (DIBL): Når gate source spenningen er lavere enn terskelspenningen: der: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

4 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Oppgave 2.11 Finn strømlekkasje i svak inversjon i en inverter ved romtemperatur når inngangen er 0. Anta at βn = 2βp = 1mA/V 2, n = 1.4 og |Vtp| = Vtn = 0.4V. Anta at bodyeffekt og DIBL koeffisient γ = η = 0. INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

5 Lekkasje i pn-overganger
May 2004 Lekkasje i pn-overganger INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

6 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Tunnellering INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

7 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Effektforbruk Effektforbruk: Statisk effektforbruk: AV strøm. Tunnellering. Pn-overganger. Lekkasje i transistorer som overstyres. Effektforbruk over en tidsperiode T: Gjennomsnittelig effektforbruk over en tidsperioden: Dynamisk effektforbruk: Opp- og utladning av kapasitanser. Kortslutningsstrøm. INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

8 Statisk effektforbruk
May 2004 Statisk effektforbruk AV strøm: Statisk effektforbruk: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

9 Dynamisk effektforbruk
May 2004 Dynamisk effektforbruk Gjennomsnittelig dynamisk effektforbruk: Inverter med last: Over tidsperioden T: Tar hensyn til aktivitet: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

10 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Pseudo nMOS INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

11 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Pseudo nMOS inverter Antar mn = 2mp og opptrekk ¼ av nedtrekk: Antar Wn=Cinngang og Wp = Cgate_pMOS: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

12 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Parasittisk tidsforsinkelse: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

13 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Pseudo nMOS NAND2 Dimmensjonering: Motstand i opptrekk: Motstand i nedtrekk: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

14 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Logisk effort: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

15 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Parasittisk tidsforsinkelse: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

16 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Pseudo nMOS NOR Logisk effort: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

17 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Parasittisk tidsforsinkelse: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

18 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Gjennomsnittelig logisk effort for NOR port: Eksempel Parasittisk tidsforsinkelse: Kjedeeffort: Optimal porteffort: Dette gir for NOR port: Optimal inngangskapasitans: Effektiv motstand: Total tidsforsinkelse: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

19 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Oppgave 6.18 Tegn transistorskjema for pseudo-nMOS 3inngangs NAND port. Angi transistorstørrelser og finn logisk effort for nedtrekk og opptrekk og gjennomsnitt for portene. Vi antar at motstanden i opptrekket skal være 4 ganger så stor som motstanden i nedtrekket: Som gir: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

20 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Effektiv motstand i nedtrekk: Logisk effort: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

21 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Parasittisk tidsforsinkelse: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

22 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Oppgave 6.19 Tegn transistorskjema for en pseudo-nMOS port som implementerer funksjonen F = A(B + C + D) + E · F · G. INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

23 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Ganged CMOS INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

24 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

25 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

26 Source følger opptrekkslogikk
May 2004 Source følger opptrekkslogikk INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

27 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Oppgave 6.25 Sammenlign gjennomsnittelig tidsforsinkelse i 2, 4, 8 og 16 inngangs pseudo nMOS og SFPL NOR porter når vi antar at portene skal drive fire identiske porter. Vi ser på hvordan parasittisk tidsforsinkelse varierer med antall innganger n for en pseudo NMOS NOR port: Tidsforsinkelse: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

28 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Vi ser på hvordan parasittisk tidsforsinkelse varierer med antall innganger n for en SFPL NOR port: Ekstern last: Tidsforsinkelse: Logisk effort: INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

29 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

30 Kaskode spenning svitsj logikk
May 2004 Kaskode spenning svitsj logikk NAND port INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

31 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 4 inngangs XNOR port INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis

32 INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS
May 2004 Oppgave 6.26 Tegn transistorskjema for en 3inngangs CVSL OR /NOR port. INF3400/4400 Effektforbruk og statisk CMOS Håvard Kolle Riis