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Transstores de passagem e portas de transmisso

Joo Canas Ferreira

Universidade do PortoFaculdade de Engenharia

2014-05-06

Assuntos

1 Transstores de passagem

2 Portas de transmisso

Joo Canas Ferreira (FEUP) Transstores de passagem e portas de transmisso 2014-05-06 2 / 20

Circuitos lgicos com transstores de passagem Transstores NMOS usados como interrutores (controlados por tenso)

Fonte: [Rabaey03]

Garantir que no existe conteno nos ns externos Sinal sada da rede de interrutores deve ser "restaurado" Caratersticas:

I Usa menor nmero de transstoresI No tem consumo esttico

I Ateno ao buffer de sada

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Tenso de sada A tenso correspondente a 1 degradada pela rede de transstores NMOS.

VDD

In

x Out

0 0.5 1 1.5 20.0

1.0

2.0

3.0

Time [ns]

Volta

ge [V

]

xOut

In

Fonte: [Rabaey03]

I VX = VDD VTI Pode existir consumo esttico no inversor de sadaI Pode ser vantajoso alterar VMI Transstor NMOS sujeito a efeito de corpo (aumento de VT)I Resistncia do interrutor cresce quando a tenso de sada se aproxima de

Vin VT (zona linear)I Ligar drenos a portas de transstores aumenta degradao da sada

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Interruptor NMOS

VB = VDD VT = VDD (VT0 + (|2F |+ VSB

|2F |) 1,8 V

A= 2.5V

B

C= 2.5 V

CL

Fonte: [Rabaey03]

A= 2.5V

C= 2.5V

BM 2

M 1

M n

I VB no atinge 2,5 V, mas apenas 2,5 V-VT.I Existe consumo de potncia esttica na porta seguinte.I Transstor NMOS est sujeito a efeito de corpo, com aumento da tenso

de limiar.I Resistncia do interruptor cresce quando a tenso de sada VB se

aproxima de VA VT (funcionamento na zona linear).Joo Canas Ferreira (FEUP) Transstores de passagem e portas de transmisso 2014-05-06 5 / 20

Curvas de transferncia As curvas de transferncia deste tipo de circuito so muito diferentes dascurvas associadas a portas CMOS complexas.

Fonte: [Rabaey03]

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Circuitos do tipo CPTL

I CPTL = complementary pass transistor logicI Valores complementares sempre disponveisI Todas as portas tm a mesma topologiaI Pode ser necessrio usar portas com VT=0, para compensar a ligao de fontes a portas.

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Recuperao de nvel de tenso

M2

M1

Mn

M r

OutA

B

VDDVDDLevelRestorer

X

Problema no n X durante asua transio HL: descargavia Mn contrariada por pull-up via Mr.

Fonte: [Rabaey03]

I Variao completa da amplitude (rail-to-rail)I Transstor de recuperao aumenta a capacidade em do n XI Problema de dimensionamento (ratioed circuit)

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Dimensionamento do transstor de restauro

0 100 200 300 400 5000.0

1.0

2.0

W/Lr =1.0/0.25 W/Lr =1.25/0.25

W/Lr =1.50/0.25

W/Lr =1.75/0.25

Vol

tage

[V]

Time [ps]

3.0

Fonte: [Rabaey03]

I Existe um limite superior para a dimenso do transstor de restauro.I Pull-down via transstor de restaurao pode ser uma cadeia de vrios

transstores NMOS.I Mr aumenta o tempo de subida, diminui tempo de descida.I Capacidade acrescida em X torna a porta mais lenta.

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Emprego de transstores com Vt=0

Fonte: [Rabaey03]

I Correntes de fuga podem ser significativas quando a comutao no frequente.

I Continua a existir efeito de corpo.

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Assuntos

1 Transstores de passagem

2 Portas de transmisso

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Porta de transmisso

A B

C

C

A B

C

C

BCL

C=0V

A= 2.5V

C= 2.5V

Fonte: [Rabaey03]

A utilizao de portas de transmisso tem vindo a decrescer. Porqu?

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Resistncia de uma porta de transmisso

Vout

0 V

2.5 V

2.5 VRn

Rp

0 . 0 1 . 0 2 .00

1 0

2 0

3 0

Vout, V

Res

ista

nce,

ohm

sRn

Rp

Rn || Rp

Geq =1

Req kn(VDD VTN) + kp(VDD |VTP|)

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Multiplexador de portas de transmisso

AM2

M1

B

S

S

S F

VDD

VDD

S S

GND

In1 In2S S

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Porta XOR com portas de transmisso

A

B

F

B

A

B

BM1

M2

M3/M4

sadaF

I Implementao complementar requer 12 transstores.I Analisar separadamente os casos B=1 e B=0.I A sada (n F) tem sempre um percurso de baixa resistncia para as

alimentaes.

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Atraso em cadeias de portas de transmisso

V1 Vi1

C

2.5 2.5

0 0

Vi Vi+1

CC

2.5

0

Vn1 Vn

CC

2.5

0

In

V1 Vi Vi+1

C

Vn1 Vn

CC

InReqReq Req Req

CC

(a)

(b)

C

Req Req

C C

Req

C C

Req Req

C C

Req

CIn

m

Fonte: [Rabaey03]

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Otimizao do atrasoAtraso de cadeia RC

tp = 0,69n

k=0

C Reqk = 0,69 C Reqn(n + 1)

2

Atraso de cadeia RC com buffersI n: nmero de portas da cadeia m: nmero de portas por segmento

tp = 0,69

nm

C Reqm(m + 1)

2

+( n

m 1)

tbuf

= 0,69C Req

n(m + 1)2

+( n

m 1)

tbuf

Nmero timo de portas por segmento

mopt = 1,7

tbufC Req

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Exemplo: atraso de uma cadeia de portas de transmisso

Fonte: [Rabaey03]

16 portas de transmisso, 8 k, 3,6 fF: 2,7 psJoo Canas Ferreira (FEUP) Transstores de passagem e portas de transmisso 2014-05-06 18 / 20

Exemplo adicional: somador completo

A

B

P

Ci

VDD A

A A

VDD

Ci

A

P

AB

VDD

VDD

Ci

Ci

Co

S

Ci

P

P

P

P

P

Sum Generation

Carry Generation

SetupFonte: [Rabaey03]

I Atrasos semelhantes para a soma e otransporte

I Usa 24 transstores em vez de 28

S = A B CS = AB C + ABC + A BC + ABCCo = AB + BC + ACG = AB D = A B P = A BCo(G, P) = G + PCS(G, P) = P C

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Referncias

As figuras usadas provm do seguinte livro:

Rabaey03 J. M. Rabaey et al, Digital Integrated Circuits, 2 edio,PrenticeHall, 2003.http://bwrc.eecs.berkeley.edu/icbook/

Joo Canas Ferreira (FEUP) Transstores de passagem e portas de transmisso 2014-05-06 20 / 20

http://bwrc.eecs.berkeley.edu/icbook/

Transstores de passagemPortas de transmisso