Схема триггера с динамическим управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание

п/п	Uпорn, B	Uпорр, В	Коn, мкА/	Коp , мкА/	Технологический базис	Схема устройства	нс	, Мгц	пФ
13	0.5	-0.5	250	70	CMOS 0.25 mkm-5 Metal, Uип=2.5В	Делитель на 5 на Т-триггере	1	100	0.3

1. Используя параметры эквивалентного логического элемента, разработанного в предыдущем КП по микросхемотехнике ЦИС, спроектировать схему триггера с динамическим управлением (фронтом или срезом синхросигнала). Результатом проектирования является схема, выполняющая заданную логическую функцию для указанной рабочей частоты при заданном значении нагрузочной емкости.

2. Выбрать по литературным источникам схему устройства на базе спроектированного триггера, реализующую заданную логическую функцию (регистра, счетчика, делителя частоты и т.д.).

При необходимости для реализации логической функции возможны трансформации исходного триггера, например:

- преобразование JK-триггера в Т-триггер и т.п.;

- введение дополнительного логического управляющего сигнала сброса информации и выборки (установки);

- осуществление коррекции топологических размеров исходного логического элемента и связанных с этим времен задержки на логических вентилях. При необходимости выполняется перерасчет схемы триггера при помощи программы SPICE;

- разработка топологического эскиза базовой триггерной схемы.

3. Разработать устройство по полузаказному алгоритму проектирования, считая исходный триггер библиотечным элементом матрицы.

4. При помощи программы Orcad нарисовать электрическую схему устройства.

5. Провести логическое моделирование разрабатываемого устройства. В качестве библиотечного элемента использовать вентили из библиотеки.

6. Выполнить эскизный чертеж топологии устройства, используя разработанный ранее эскиз топологии триггера в виде прямоугольника, подсоединенного к шинам питания, с размерами, координатами входов и выходов в заданном масштабе -проектирования.

7. Рассчитать паразитные сопротивления и емкости шин межсоединений (разрешено 2 уровня Al-металлизации) по разработанному топологическому варианту.

· Рассчитать величины паразитных емкостей (Cпар) и сопротивлений (Rпар) шин межсоединений для полученного топологического эскиза схемы. Расчет вести для самых длинных шин, если величины Cпар будут меньше 10 фФ, а Rпар - меньше 50 Ом, т.е. < 0.1 пс, то вкладом задержек в шинах разводки в быстродействие схемы можно пренебрегать. В ином случае, соответствующие емкости и сопротивления должны быть включены в электрическую схему для проведения моделирования переходных процессов в проектируемой схеме.

· Определить время задержки в шинах связи, сравнить со временами задержки в схеме триггера, скорректировать рабочую частоту.

· Скорректировать величины емкостей, подсоединенных в качестве нагрузки к выходам триггера с учетом дополнительных топологических емкостных нагрузок от шин разводки, на основании этого сделать перерасчет рабочей частоты и потребляемой мощности триггера и устройства на его основе.

8. Изменяемые параметры:

· емкость нагрузки устройства из исходного КП и в 10 раз большая;

· номинал источника питания 2.5 и 1.8 В.

9. Рассчитываются частоты:

- максимальная,

- рабочая,

- при заданных параметрах выходного импульса,

- для различных вариантов нагрузки.

Исходная комбинационная схема:

Описание работы устройства

Делитель частоты - устройство для уменьшения в целое число раз частоты подводимых к нему периодических электрических колебаний. Делители частоты считают входные импульсы до некоторого задаваемого коэффициентом счета состояния, а затем формируют сигнал переключения триггеров в нулевое состояние, вновь начинают счет входных импульсов до задаваемого коэффициента счета и т. д.

Делители частоты строятся на основе N однотипных связанных между собой разрядных схем, каждая из которых в общем случае состоит из триггера и некоторой комбинационной схемы, предназначенной для формирования сигналов управления триггером.

Перед началом работы импульсом на линии «Сброс в “0”» делитель обнуляется, а по входам S₁ и S₂ в первый и во второй разряды заносятся единицы, т.е. записывается число 3. После первого входного импульса в делителе оказывается число 4 - третий разряд устанавливается в 1, после четырех входных импульсов во всех разрядах оказываются единицы, а пятым импульсом счетчик обнуляется. При этом на выходе третьего разряда первый раз формируется перепад 1/0, который является признаком того, что на входе Т прошло пять импульсов (пять таких перепадов). В соответствии со схемой этот перепад по цепи обратной связи через логические элементы поступает на счетные входы первого и второго разрядов и записывает в них единицы, т.е. в делитель уже автоматически заносится число 3. Элемент задержки D задерживает распространение выходного перепада 1/0 на время, достаточное для того, чтобы триггеры первого и второго разрядов завершили переключение в 0 поступления на вход пятого импульса.

Анализ работы триггера

Параметры логических элементов

Размеры транзисторов для логических элементов возьмем из предыдущего КП:

инвертор: Ln = Lp = 2 Wn = 4 Wp = 14

2И-НЕ: Ln = Lp = 2 Wn = 8 Wp = 14

3И-НЕ: Ln = Lp = 2 Wn = 12 Wp = 14

Расчет параметров триггера

В данной схеме на триггер тактовый импульс поступает только после переключения предыдущего триггера, т.е. максимальная задержка для каждого триггера будет примерно равна:

t_зд = T/6 = 3.3нс t_ф = t_ср 1нс

После предварительного расчета и проектирования в программе Orcad получили следующие результаты работы триггера:

t_зд⁰¹ = 0.53нс t_зд¹⁰ = 0.86нс t_{зд ср} = 0.69нс t_ф = 0.61нс t_ср = 0.83нс

Эти результаты полностью удовлетворяют заданным условиям.

Эквивалентная схема двухступенчатого Т-триггера

Результаты работы двухступенчатого Т-триггера, срабатывающего по срезу синхросигнала

Предварительные параметры устройства

Результаты работы устройства (без учета паразитных емкостей и сопротивлений):

t_зд⁰¹ = 1.77нс t_зд¹⁰ = 1.93нс t_{зд ср} = 1.85нс t_ф = 0.91нс t_ср = 1.13нс

Видно что, время среза не удовлетворяет заданным значениям, а при учете паразитных емкостей еще возрастет. Для корректировки работы устройства необходимо: либо на выходе устройства ставить мощные инверторы, либо увеличивать размеры (ширин W) транзисторов. Выберем второй вариант, увеличим с запасом размеры транзисторов в 1.5 раза:

инвертор: Ln = Lp = 2 Wn = 6 Wp = 20

2И-НЕ: Ln = Lp = 2 Wn = 12 Wp = 20

3И-НЕ: Ln = Lp = 2 Wn = 18 Wp = 20

После изменения размеров транзисторов получаем следующие результаты работы устройства:

t_зд⁰¹ = 1.21нс t_зд¹⁰ = 1.53нс t_{зд ср} = 1.37нс t_ф = 0.53нс t_ср = 0.74нс

В результате повысилось быстродействие устройства, и все значения обеспечивают необходимый запас для увеличения нагрузочной способности, вследствие учета паразитных емкостей и сопротивлений.

Эквивалентная схема устройства

Логическое моделирование устройства

Топологическое проектирование

Топология двухступенчатого Т-триггера

Топология устройства

SPICE модель устройства со всеми учтенными емкостями и сопротивлениями

shema.MSK

*

* IC Technology: CMOS 0.25µm - 6 Metal

*

VDD 1 0 DC 2.50

VT 92 0 PULSE(0.00 2.50 35.00N 1.00N 1.00N 4.00N 10.00N)

VS3 93 0 PULSE(0.00 2.50 20.00N 1.00N 1.00N 4.00N 500.00N)

VS1 94 0 PULSE(0.00 2.50 20.00N 1.00N 1.00N 4.00N 500.00N)

VR 95 0 PULSE(0.00 2.50 5.00N 1.00N 1.00N 4.00N 500.00N)

VS2 96 0 PULSE(0.00 2.50 20.00N 1.00N 1.00N 4.00N 500.00N)

*

* List of nodes

* "N3" corresponds to n°3

* "N4" corresponds to n°4

* "N5" corresponds to n°5

* "Out" corresponds to n°6

* "N7" corresponds to n°7

* "N8" corresponds to n°8

* "N9" corresponds to n°9

* "T" corresponds to n°92

* "S3" corresponds to n°93

* "S1" corresponds to n°94

* "R" corresponds to n°95

* "S2" corresponds to n°96

*

* MOS devices

MN1 0 4 3 0 N1 W= 0.50U L= 0.25U

MN2 0 6 4 0 N1 W= 0.50U L= 0.25U

MN3 50 6 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN4 51 11 50 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN5 52 5 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN6 5 9 51 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN7 53 8 52 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN8 6 10 53 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN9 7 17 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN10 54 7 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN11 55 7 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN12 8 13 54 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN13 9 12 55 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN14 10 93 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN15 11 95 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN16 56 12 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN17 57 13 12 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN18 58 10 56 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN19 59 11 57 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN20 13 14 58 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN21 0 15 59 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN22 60 5 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN23 61 6 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN24 14 17 60 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN25 15 17 61 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN26 62 17 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN27 63 23 62 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN28 64 16 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN29 16 20 63 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN30 65 19 64 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN31 17 22 65 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN32 18 28 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN33 66 18 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN34 67 18 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN35 19 25 66 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN36 20 24 67 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN37 22 96 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN38 23 95 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN39 68 24 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN40 69 25 24 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN41 70 22 68 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN42 71 23 69 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN43 25 26 70 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN44 0 27 71 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN45 72 16 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN46 73 17 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN47 26 28 72 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN48 27 28 73 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN49 74 29 28 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN50 75 3 29 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN51 0 31 74 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN52 0 30 75 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN53 76 34 31 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN54 0 34 30 0 N1 W= 0.50U L= 0.25U

MN55 0 32 76 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN56 0 3 32 0 N1 W= 0.50U L= 0.25U

MN57 77 34 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN58 78 39 77 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN59 79 33 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN60 33 37 78 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN61 80 36 79 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN62 34 38 80 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN63 35 44 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN64 81 35 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN65 82 35 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN66 36 41 81 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN67 37 40 82 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN68 38 94 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN69 39 95 0 0 N1 W= 0.75U L= 0.25U

MN70 83 40 0 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN71 84 41 40 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN72 85 38 83 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN73 86 39 84 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN74 41 42 85 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN75 0 43 86 0 N1 W= 2.25U L= 0.25U

MN76 87 33 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN77 88 34 0 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN78 42 44 87 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN79 43 44 88 0 N1 W= 1.50U L= 0.25U

MN80 89 45 44 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN81 90 3 45 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN82 0 47 89 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN83 0 46 90 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN84 91 92 47 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN85 0 92 46 0 N1 W= 0.50U L= 0.25U

MN86 0 48 91 0 N1 W= 1.00U L= 0.25U

MN87 0 3 48 0 N1 W= 0.50U L= 0.25U

MP1 1 4 3 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP2 1 6 4 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP3 5 6 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP4 1 11 5 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP5 6 5 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP6 5 9 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP7 1 8 6 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP8 6 10 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP9 7 17 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP10 8 7 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP11 9 7 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP12 1 13 8 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP13 1 12 9 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP14 10 93 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP15 11 95 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP16 13 12 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP17 1 13 12 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP18 1 10 13 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP19 12 11 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP20 13 14 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP21 1 15 12 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP22 14 5 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP23 15 6 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP24 1 17 14 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP25 1 17 15 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP26 16 17 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP27 1 23 16 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP28 17 16 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP29 16 20 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP30 1 19 17 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP31 17 22 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP32 18 28 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP33 19 18 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP34 20 18 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP35 1 25 19 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP36 1 24 20 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP37 22 96 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP38 23 95 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP39 25 24 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP40 1 25 24 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP41 1 22 25 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP42 24 23 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP43 25 26 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP44 1 27 24 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP45 26 16 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP46 27 17 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP47 1 28 26 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP48 1 28 27 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP49 28 29 1 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP50 29 3 1 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP51 1 31 28 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP52 1 30 29 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP53 31 34 1 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP54 1 34 30 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP55 1 32 31 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP56 1 3 32 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP57 33 34 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP58 1 39 33 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP59 34 33 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP60 33 37 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP61 1 36 34 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP62 34 38 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP63 35 44 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP64 36 35 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP65 37 35 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP66 1 41 36 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP67 1 40 37 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP68 38 94 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP69 39 95 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP70 41 40 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP71 1 41 40 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP72 1 38 41 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP73 40 39 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP74 41 42 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP75 1 43 40 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP76 42 33 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP77 43 34 1 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP78 1 44 42 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP79 1 44 43 1 P1 W= 2.50U L= 0.25U

MP80 44 45 1 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP81 45 3 1 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP82 1 47 44 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP83 1 46 45 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP84 47 92 1 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP85 1 92 46 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP86 1 48 47 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

MP87 1 3 48 1 P1 W= 1.75U L= 0.25U

*

C2 1 0 331.880fF

C3 3 0 16.845fF

C4 4 0 2.042fF

C5 5 0 7.448fF

C6 6 0 8.894fF

C7 7 0 3.318fF

C8 8 0 3.524fF

C9 9 0 3.688fF

C10 10 0 3.767fF

C11 11 0 4.829fF

C12 12 0 5.896fF

C13 13 0 7.014fF

C14 14 0 3.428fF

C15 15 0 3.688fF

C16 16 0 7.448fF

C17 17 0 12.883fF

C18 18 0 3.318fF

C19 19 0 3.524fF

C20 20 0 3.688fF

C23 23 0 4.829fF

C24 24 0 5.896fF

C25 25 0 7.014fF

C26 26 0 3.428fF

C27 27 0 3.688fF

C28 28 0 6.495fF

C29 29 0 2.443fF

C30 30 0 2.158fF

C31 31 0 2.405fF

C32 32 0 2.089fF

C33 33 0 7.448fF

C34 34 0 9.535fF

C35 35 0 3.318fF

C36 36 0 3.524fF

C37 37 0 3.688fF

C38 38 0 3.767fF

C39 39 0 4.829fF

C40 40 0 5.896fF

C41 41 0 7.014fF

C42 42 0 3.428fF

C43 43 0 3.688fF

C44 44 0 6.405fF

C45 45 0 2.505fF

C46 46 0 2.197fF

C47 47 0 2.405fF

C48 48 0 2.089fF

C50 50 0 1.178fF

C51 51 0 1.178fF

C52 52 0 1.178fF

C53 53 0 1.178fF

C54 54 0 0.825fF

C55 55 0 0.825fF

C56 56 0 1.178fF

C57 57 0 1.178fF

C58 58 0 1.178fF

C59 59 0 1.178fF

C60 60 0 0.825fF

C61 61 0 0.825fF

C62 62 0 1.178fF

C63 63 0 1.178fF

C64 64 0 1.178fF

C65 65 0 1.178fF

C66 66 0 0.825fF

C67 67 0 0.825fF

C68 68 0 1.178fF

C69 69 0 1.178fF

C70 70 0 1.178fF

C71 71 0 1.178fF

C72 72 0 0.825fF

C73 73 0 0.825fF

C74 74 0 0.590fF

C75 75 0 0.590fF

C76 76 0 0.590fF

C77 77 0 1.178fF

C78 78 0 1.178fF

C79 79 0 1.178fF

C80 80 0 1.178fF

C81 81 0 0.825fF

C82 82 0 0.825fF

C83 83 0 1.178fF

C84 84 0 1.178fF

C85 85 0 1.178fF

C86 86 0 1.178fF

C87 87 0 0.825fF

C88 88 0 0.825fF

C89 89 0 0.590fF

C90 90 0 0.590fF

C91 91 0 0.590fF

C92 92 0 1.269fF

C93 93 0 0.299fF

C94 94 0 0.299fF

C95 95 0 10.169fF

C96 96 0 0.299fF

*

* Extra RLC

*

Cadd1 6 0 0.3pfF

Cadd2 5 0 0.3pfF

*

* n-MOS Model 3 :

* Standard

MODEL N1 NMOS LEVEL=3 VTO=0.5 KP=250u U0=0.060 TOX= 5.0E-9

+LD =0.020U THETA=0.300 GAMMA=0.400

+PHI=0.200 KAPPA=0.010 VMAX=130.00K

+CGSO=100.0p CGDO=100.0p

+CGBO= 60.0p CJSW=240.0p

*

* p-MOS Model 3:

* Standard

.MODEL P1 PMOS LEVEL=3 VTO=-0.5 KP=70u U0=0.020 TOX= 5.0E-9

+LD =0.020U THETA=0.300 GAMMA=0.400

+PHI=0.200 KAPPA=0.010 VMAX=100.00K

+CGSO=100.0p CGDO=100.0p

+CGBO= 60.0p CJSW=240.0p

*

* Transient analysis

*

.TEMP 27.0

.TRAN 0.80PS 200.00N

.PROBE

.END

триггер топология синхросигнал сопротивление

Окончательный анализ работы устройства

Расчет паразитных емкостей и сопротивлений

Для расчета паразитных емкостей и сопротивлений используем следующие значения:

- сопротивление 1-го слоя металлизации R_m1 = 0.1 Ом/?

- сопротивление 2-го слоя металлизации R_m2 = 0.05 Ом/?

- толщина подзатворного окисла d_ок = 0.5мкм

- диэлектрическая проницаемость окисла ?_ок = 3.9

Рассчитаем паразитные емкость и сопротивление одной из самых больших шин - шины R.

R_пар = l_m*R_m/W

где l_m - длина слоя металлизации, R_m - его сопротивление,

W - ширина шины

С_пар = (?_о*?_ок*S)/d_ок

где S - площадь обкладок паразитного конденсатора.

«Ручной» расчет»: Программа Microwind:

R_пар = (670*0.1)/6 = 11.13Ом R_пар = 29Ом

С_пар = 8.85*10^-12*3.9*670*6*0.125*10^-12/(0.5*10^-6) = 5.78фФ C_пар = 8.86фФ

t_зд = R_пар*С_пар = 0.07пс

Параметры спроектированного устройства с учетом паразитных емкостей и сопротивлений

Результаты работы устройства (с учетом паразитных емкостей и сопротивлений):

t_зд⁰¹ = 1.23нс t_зд¹⁰ = 1.62нс t_{зд ср} = 1.37нс t_ф = 0.69нс t_ср = 0.87нс

Параметры устройства полностью удовлетворяют требованиям ТЗ:

t_зд = 1.65нс t_ф = t_ср 1нс

Анализ работы устройства с учетом с учетом паразитных емкостей и сопротивлений

Изменение номинала источника питания и нагрузочной емкости: U_ип = 1.8В, C_н = 3пФ.

При таких номиналах U_ип и C_н параметры схемы не удовлетворяют требованиям ТЗ. Для выполнения требований ТЗ следует либо понижать нагрузочную емкость, либо увеличивать топологические размеры элементов.

Максимальная частота

Из анализа работы устройства видно, что время задержки устройства практически равно требованию максимальному, т.е. увеличение частоты приведет к тому, что не будут удовлетворяться требования к задержке работы устройства. Проведение анализа работы при частоте 110МГц подтвердило данное предположение.

Потребляемая мощность

Так как t_ф ~ t_ср, то потребляемую мощность можно рассчитать по формулам: Мощность, потребляемая отдельным триггером:

P = С_н*f_т*U_ип² = 0.3пФ·100МГц·6.25В² = 0.188мВт

Мощность, потребляемая всей схемой целиком:

P_сх = 0.57мВт

Вывод

Спроектированное устройство - делитель на 5 выполняет заданную функцию.

При этом его параметры удовлетворяют условиям ТЗ.

Данное устройство занимает площадь 104мкм на 29мкм.

Рассмотрена работа схемы с нагрузочной емкостью 0.3пФ. Увеличение емкости в 10 раз до 3пФ привело к тому, что условия ТЗ перестали выполняться.

Понижение U_ип до 1.8В также привело к невыполнению условий ТЗ_.

Устройство работает на частоте 100 МГц. Дальнейшее увеличение частоты приводит к тому, что параметры устройства не удовлетворяют требованиям ТЗ.

Потребляемая мощность - 0.188мВт

Размещено на Allbest.ru