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CAPÍTULO 4CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONAIS CMOS

Oscar C. Gouveia FilhoDepartamento de Engenharia Elétrica

UFPR

URL: www.eletrica.ufpr.br/ogouveiaE-mail: ogouveia@eletrica.ufpr.br

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OBJETIVOS

1. Analisar e projetar portas lógicas CMOS

2. Analisar e projetar portas complexas CMOS

3. Fazer o layout de células CMOS

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CIRCUITOS LÓGICOS COMBINACIONAIS E SEQUENCIAIS

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PORTAS ESTÁTICAS CMOS

Portas estáticas CMOS são formadas por duas redes complementares

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Observações para construção das redes PUN e PDN

● Os transistores devem ser vistos como chaves controladas pela tensão aplicada à sua porta.

● PDN é composta por transistores NMOS.● PUN é composta por transistores PMOS.● Transistores NMOS conectados em série realizam uma função AND.

● Transistores NMOS conectados em paralelo realizam uma função OR.

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● Transistores PMOS conectados em série realizam uma função NOR.

● Transistores PMOS conectados em paralelo realizam uma função NAND.

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● Usando os teoremas de De Morgan pode-se mostrar que as redes PUN e PDN são duais, ou seja, uma conexão paralela de transistores na rede PUN corresponde a uma conexão série na rede PDN.

● As portas complementares são naturalmente inversoras. Portanto, só é possível implementar as funções NAND, NOR, XNOR. Para implementar as portas AND, OR, XOR é necessário mais um estágio.

● O número de transistores necessários para implementar uma porta de N entradas é 2N.

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EXEMPLO: PORTA NAND

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EXEMPLO: PORTA LÓGICA COMPLEXA

F=DA.BC

PDN

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PUN

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Dimensionamento dos transistores

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Exercícios:

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CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DE PORTAS CMOS COMPLEMENTARES

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ATRASO DE PROPAGAÇÃO EM PORTAS CMOS COMPLEMENTARES

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t p=0.69RC

t pLH=0.69 R p/2C L

t pLH=0.69 R pCL

t pHL=0.69 2RnCL

t pHL=0.69 2RnCL

ATRASO DE PROPAGAÇÃO EM PORTAS CMOS COMPLEMENTARES

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ATRASO DE PROPAGAÇÃO EM PORTAS CMOS COMPLEMENTARES

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LÓGICA COM PORTAS DE TRANSMISSÃO

Transistor de passagem

B

B

A

F = AB

0

Porta AND

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Excursão de tensão no transistor de passagem

Problemas:• transistor NMOS passa um “1” pobre• à medida que a tensão de saída se aproxima de seu valor final a velocidade da transição diminui

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PORTA DE TRANSMISSÃO

Solução para ambos os problemas

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Exemplo: Multiplexador

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Exemplo: porta XOR