《集成电路原理与设计》课件4.5复杂逻辑门结构1.ppt

1、1静态静态CMOS逻辑电路逻辑电路复杂逻辑门复杂逻辑门2CMOS复杂逻辑门复杂逻辑门n静态静态CMOS逻辑门的构成逻辑门的构成n复杂复杂CMOS逻辑门的分析与设计逻辑门的分析与设计n异或门异或门n类类NMOS逻辑电路逻辑电路3与非门复杂逻辑门与非门复杂逻辑门DCBADCBACYC3C2C1ABCVDDYFFF=(BAC,)PMOSNMOS)n,.,(21XXXFY 4ABCVDDYFFF=(BAC,)PMOSNMOS静态静态CMOS逻辑门的构成特点逻辑门的构成特点1）每个输入信号同时接一个）每个输入信号同时接一个 NMOS管和一个管和一个PMOS管管 的栅极的栅极,n输入逻辑门有输入逻辑门有

2、2n个管子。个管子。2）实现带）实现带“非非”的逻辑功能的逻辑功能 input:x1,x2,xn output:To be continued)n,.,(21XXXFY DCBADCBACYC3C2C15F1F2F=F1F2F1F2+F=F1F2ABCF=A B CABCF=ABC+3)逻辑函数逻辑函数F(x1,x2,xn)决定于管子的决定于管子的 连接关系。连接关系。NMOS：串与并或：串与并或 PMOS：串或并与：串或并与4)静态静态CMOS逻辑门保持了逻辑门保持了CMOS反相器反相器无比电路无比电路的的优点优点DCBADCBACYC3C2C16 复杂逻辑门的结构复杂逻辑门的结构Hints

3、:对于给定电路对于给定电路,根据根据NMOS逻辑块确逻辑块确定电路功能。定电路功能。()YA BCDE NMOS：串与并或串与并或 PMOS：串或并与串或并与7 ExampleY=(A+B)C+DAABBCCDDVDD电路图电路图逻辑图逻辑图 Y=(A+B)C+DABCDYHints:对于给定功能对于给定功能,先画出先画出NMOS电路电路,PMOS与与NMOS是对是对偶连接关系。偶连接关系。NMOS：串与并或串与并或 PMOS：串或并与串或并与8静态静态CMOS电路结构电路结构Y=(A+B)C+DAABBCCDDVDDn互补互补CMOS结构，上拉和下结构，上拉和下拉逻辑功能相同（避免短路和拉逻

4、辑功能相同（避免短路和输出节点悬浮）输出节点悬浮）n大电容节点应该尽量靠近大电容节点应该尽量靠近电电源源（减小输出节点电容）（减小输出节点电容）n逻辑变形减少逻辑表达式中逻辑变形减少逻辑表达式中变量的重复可以共享串并联器变量的重复可以共享串并联器件（减少器件数目和电容）件（减少器件数目和电容）9 静态静态CMOS：实现不带：实现不带“非非”的逻辑的逻辑实现不带实现不带“非非”的逻辑功能需要用互补的逻辑功能需要用互补CMOS门加一个反相器，或者是两级互补门加一个反相器，或者是两级互补CMOS例如实现：例如实现：ABCY 方案一：方案一：ABCY 方案二：方案二：CBAY方案三：方案三：二与非、反

5、相器、二或非二与非、反相器、二或非分析：速度、面积分析：速度、面积10CMOS复杂逻辑门复杂逻辑门n静态静态CMOS逻辑门的构成逻辑门的构成n复杂复杂CMOS逻辑门的分析与设计逻辑门的分析与设计n异或门异或门/多路器多路器/全加器全加器n类类NMOS逻辑电路逻辑电路复杂逻辑门的分析复杂逻辑门的分析直流直流n根据给定的电路，分根据给定的电路，分析直流特性，画出析直流特性，画出VTCn根据逻辑阈值点，分根据逻辑阈值点，分析电路的噪声容限析电路的噪声容限11Y=(A+B)C+DAABBCCDDVDDeffTNDDTPeff1r()11r,VKVVitKV复杂逻辑门的分析与设计复杂逻辑门的分析与设计瞬

6、态瞬态n分析电路的最大上分析电路的最大上升升/下降时间及延迟下降时间及延迟n电容的处理：电容的处理：n忽略串联中间节点忽略串联中间节点电容，只考虑输出电容，只考虑输出节点电容节点电容n如果外部负载很大，如果外部负载很大，甚至可以忽略输出甚至可以忽略输出节点的源漏区电容节点的源漏区电容12Y=(A+B)C+DAABBCCDDVDDDDPeffLPPPPVKCrrrt1.029.1)1(21)1(1.0ln213例题例题若要求电路驱动若要求电路驱动0.1pF负载电容时，负载电容时，上升、下降时间不大于上升、下降时间不大于1ns,已知：已知：Cox=7E-8F/cm2,VDD=5V,VTN=0.8V

7、,VTP=-0.9V,n=400cm2/Vs,p=200cm2/Vs.根据根据tr和和tf的公式和工艺条件，可以求出：的公式和工艺条件，可以求出：1010rf5252PeffNeffNDNeffNANBNCNeffPAPBPDPeffPCPeff5.75 10s,5.81 10s,3.5 10 A/V,3.4 10 A/V,2,3,1.5KKKKKKKKKKKKKK 根据工艺条件，根据工艺条件，求出每个管子求出每个管子尺寸尺寸 如果需要分析如果需要分析噪声容限噪声容限Y=(A+B)C+DAABBCCDDVDD14 设计考虑：对称结构设计考虑：对称结构n如果没有特定的应用要如果没有特定的应用要求，求，对称结构对称结构是比较优化是比较优化的设计的设计n选择最坏情况的上拉和选择最坏情况的上拉和下拉路径，器件尺寸使得下拉路径，器件尺寸使得其导电因子（等效电阻）其导电因子（等效电阻）相等相等Y=(A+B)C+DAABBCCDDVDDABCDY15本节总结本节总结n静态静态CMOS逻辑门的构成逻辑门的构成n复杂复杂CMOS逻辑门的设计与设计逻辑门的设计与设计