Post on 19-Jan-2016
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Universidade Federal de Santa CatarinaCentro Tecnológico
Computer Science & Electrical Engineering
Lab 2Combinational Circuits in CMOS
Digital Integrated CircuitsINE 5442 / EEL 7312
Prof. José Luís Güntzel guntzel@inf.ufsc.br
2 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
A B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
A SB
A
S
B
A B
Vdd
Simulação Elétrica de uma Porta Nand
Truth-table
Logic-level symbol Transistor schematics
3 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Steady state behavior:
4 possible input combinationsA=0
S=1
B=0
A=0 B=0
CL=Vdd
Vdd
A=0S=1
B=1
A=0 B=1
CL=Vdd
Vdd
A=1
S=0
B=1
A=1 B=1
CL=0 V
Vdd
A=1
S=1
B=0
A=1 B=0
CL=Vdd
VddA B S
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Simulação Elétrica de uma Porta Nand
4 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
B
Out
VDD
GND
A
A
S
B
A B
Vdd
Simulação Elétrica de uma Porta Nand
5 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Simulação Elétrica de uma Porta Nand
CL
A
Rn
A
Rp
B
Rp
B
Rn Cint
B
Out
VDD
GND
A
6 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Delay characterization through electric-level simulation (e.g., Spice)
B
A
S
tpLH(A) tpHL(A)tpLH(B) tpHL(B)
A SB
inputtpLH
(ps)tpHL
(ps)
A
B
Evaluates the individual contribution of each input (the others are kept at their non-controlling values)
Simulação Elétrica de uma Porta Nand
7 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Descrição Spice de uma Porta Nand* Cabecalho: nome do circuito, autor, data etc* Inclusao de arquivo de tecnologia.include modelo_05.txt
* Fonte de alimentacaoV1 vdd 0 dc 5V2 gnd 0 dc 0
* Fontes de tensao para as entradasV3 a 0 pulse(5 0 2n 200p 200p 2n 12n)V4 b 0 pulse(5 0 6n 200p 200p 2n 12n)
*Descricao da porta nand de 2 entradas. Entradas= "a", "b"; saida=“out"MP1 vdd a out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMP2 vdd b out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN1 gnd b int gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN2 int a out gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6p
* Capacitancia para representar carga vista pela saida da portaCL out 0 20f
.controltran 2p 12nplot a+12 b+6 out
.endc
.end
Versão SpiceOpus
8 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Descrição Spice de uma Porta Nand* Inclusao de arquivo de tecnologia.include modelo_05.txt
* Fonte de alimentacaoV1 vdd 0 dc 5V2 gnd 0 dc 0
* Fontes de tensao para as entradasV3 a 0 pulse(5 0 2n 200p 200p 2n 12n)V4 b 0 pulse(5 0 6n 200p 200p 2n 12n)
*Descricao da porta nand de 2 entradas. Entradas= "a", "b"; saida="out"MP1 vdd a out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMP2 vdd b out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN1 gnd b int gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN2 int a out gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6p
A
out
B
A B
vdd
M1
M2
int
gnd
9 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Descrição Spice de uma Porta Nand* Inclusao de arquivo de tecnologia.include modelo_05.txt
* Fonte de alimentacaoV1 vdd 0 dc 5V2 gnd 0 dc 0
* Fontes de tensao para as entradasV3 a 0 pulse(5 0 2n 200p 200p 2n 12n)V4 b 0 pulse(5 0 6n 200p 200p 2n 12n)
*Descricao da porta nand de 2 entradas. Entradas= "a", "b"; saida="out"MP1 vdd a out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMP2 vdd b out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN1 gnd b int gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN2 int a out gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6p
B
Out
VDD
GND
A
10 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Descrição Spice de uma Porta Nand* Inclusao de arquivo de tecnologia.include modelo_05.txt
* Fonte de alimentacaoV1 vdd 0 dc 5V2 gnd 0 dc 0
* Fontes de tensao para as entradasV3 a 0 pulse(5 0 2n 200p 200p 2n 12n)
tempos de transição dos sinais de entrada
12ns (=período)
2ns (=tV2)
2ns (=retardo)
200ps (tempo v1 p/ v2)
200ps (tempo v2 p/ v1)
11 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Descrição Spice de uma Porta Nand
* Capacitancia para representar carga vista pela saida da portaCL out 0 20f
.controltran 2p 12nplot a+12 b+6 out
.endc
.end B
Out
VDD
GND
A
Capacitância de saída
Passo de simulação
Tempo total de simulação
12 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Arquivos para Estes Experimento
Disponíveis em www.inf.ufsc.br/~guntzel/ine5442/lab2
• Arquivo com a descrição Spice (compatível com SpiceOpus): nand2.cir• Arquivo de tecnologia: modelo_05.txt
13 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Experimento 1: Roteiro1. Simular a porta nand de duas entradas com as seguintes
opções de tempo de transição dos sinais de entrada (Tr): 0p, 200p, 400p, 600p, 800p (com CL=20fF)
2. Medir nos gráficos e anotar os resultados, preenchendo a seguinte tabela
3. Comentar os resultados obtidos, confrontando-os com a teoria (máx. um parágrafo)
input Tr=0ps Tr=200ps Tr=400ps Tr=600ps Tr=800ps
a
b
a
b
Obs: faremos em aula as simulações para Tr=200ps e CL=400 ps
14 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
Experimento 2: Roteiro
1. Simular a porta nand de duas entradas com as seguintes opções de carga de saída CL: 10f, 20f, 30f, 40f, 50f (com Tr=400ps)
2. Medir nos gráficos e anotar os resultados, preenchendo a seguinte tabela
3. Comentar os resultados obtidos, confrontando-os com a teoria (máx. um parágrafo)
input CL=10fF CL=20fF CL=30fF CL=40fF CL=50fF
a
b
a
b
Obs: faremos em aula as simulações para CL=10fF e CL=20fF
15 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel
Combinational Circuits in CMOS
INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits
• Individual• Estrutura:
1. Capa, contendo título (“INE5442/EEL7312 - Relatório do 2º Laboratorio”), nome do aluno, matrícula, email, data
2. Descrição do 1º Experimento, resultados e comentários (conforme slide 13)
3. Descrição do 2º Experimento, resultados e comentários (conforme slide 14)
4. Conclusões5. Referências Bibliográficas
• Data de entrega: sexta-feira que vem, 24/10/2008• Entrega em papel (não serão aceitos relatórios via email)
Source: Rabaey; Chandrakasan; Nikolic, 2005
Relatório