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Transístores de passagem 1FEUP/LEEC —PCVLSI 2004/05

Transístores de passagem

baseado em:Digital Integrated Circuits (2ª ed.), J. A. Rabaey A. Chandrakhasan, B. Nikolic

Projecto de Circuitos VLSIFEUP/LEEC

2005/06


Circuitos lógicos com transístores de passagemInputs Switch

Network

OutOut

A

B

B

B

• N transistors• No static consumption

B

B

A

F = AB

0


Utilização de transístores NMOS

VDD

In

Outx

0.5µm/0.25µm0.5µm/0.25µm

1.5µm/0.25µm

0 0.5 1 1.5 20.0

1.0

2.0

3.0

Time [ns]

Volta

ge [V

]

xOut

In


Interruptor NMOS

•VB não atinge 2.5V, mas apenas 2.5V-Vtn

•Existe consumo de potência estática•Transístor NMOS está sujeito a efeito de corpo, com aumento da tensão de limiar•Resistência do interruptor cresce quando a tensão de saída se aproxima de Vin-Vtn (zona linear)

A = 2.5 V

C = 2.5 V

BM2

M1

Mn

A = 2.5 VB

C = 2.5 V

CL

V B=V DD−V tn=V DD−V tn0∣2F∣V B−∣2F∣

≈1.8V

Consumo estático!


Curva de transferência de porta AND


PTL complementar

A

B

A

B

B B B B

A

B

A

B

F=AB

F=AB

F=A+B

F=A+B

B B

A

A

A

A

F=A⊕ΒÝ

F=A⊕ΒÝ

OR/NOR EXOR/NEXORAND/NAND

F

F

Pass-TransistorNetwork

Pass-TransistorNetwork

AABB

AABB

Inverse

(a)

(b)

•Valores complementares sempre disponíveis•Todas as portas têm a mesma topologia•Pode ser necessário usar portas com Vth=0, para compensar a ligação de fontes a portas de transístores.

CPTL = complementary pass-transistor logic

Muito eficiente parasomadores emultiplicadores.


Recuperação de nível

•Variação "completa" da amplitude (0V;VDD)

•Transístor de recuperação aumenta a capacidade em X•Problema de dimensionamento (ratioed circuit)

M2

M1

Mn

M r

OutA

B

VDDVDDLevel Restorer

X

Problema no nó X durante a sua transição H→L:descarga via Mn é contrariada por pull-up via Mr.


Dimensionamento do transístor de recuperação

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

•Existe um limite superior para a dimensão do transístor de restauração do sinal.•Pull-down via transístor de restauração pode ser uma cadeia de vários transístores NMOS. •Mr aumenta o tempo de subida, diminui tempo de descida.•Capacidade acrescida em X torna a porta mais lenta.


Emprego de transístores com Vt=0

Out

VDD

VDD

2.5V

VDD

0V 2.5V

0V

•Correntes de fuga podem ser significativas quando a comutação não é frequente.

•Continua a existir efeito de corpo.


Porta de transmissão

A B

C

C

A B

C

C

BCL

C = 0 V

A = 2.5 V

C = 2.5 V

A utilização de portas de transmissão tem vindo a decrescer. Porquê?


Resistência de uma porta de transmissão

Vout

0 V

2.5 V

2.5 VRn

Rp

0.0 1.0 2.00

10

20

30

Vout, V

Res

ista

nce,

ohm

s

Rn

Rp

Rn || Rp

Geq=1Req

≈k n V DD−V tnk p V DD−∣V tp∣


Multiplexador de portas de transmissão

AM2

M1

B

S

S

S F

VDD

VDD

S S

GND

In1 In2S S


Porta XOR com portas de transmissão

A

B

F

B

A

B

BM1

M2

M3/M4

•Analisar separadamente os casos B=1 e B=0.•A saída (nó F) tem sempre um percurso de baixa resistência para as alimentações.

saída FImplementação complementar requer 12 transístores.


Atraso em redes de portas de transmissãoV1 V i-1

C

2.5 2.5

0 0

V i V i+1

CC

2.5

0

Vn-1 Vn

CC

2.5

0

In

V1 V i V i+1

C

Vn-1 Vn

CC

InReqReq Req Req

CC

(a)

(b)

C

Req Req

C C

Req

C C

Req Req

C C

Req

CIn

m


Optimização do atraso


Atraso de uma cadeia de portas de transmissão

16 portas de transmissão, 8 KΩ : 2.7 ps


Exemplo: Full Adder

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

Setup

•Atrasos semelhantes para a soma e o transporte•Usa 24 transístores em vez de 28

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