Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico

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Computer Science & Electrical Engineering

Lab 2Combinational Circuits in CMOS

Digital Integrated CircuitsINE 5442 / EEL 7312

Prof. José Luís Güntzel [email protected]

2 Lectures 33 to 36Prof. Güntzel

Combinational Circuits in CMOS

INE 5442 / EEL 7312Digital Integrated Circuits

A B S

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

A SB

A

S

B

A B

Vdd

Simulação Elétrica de uma Porta Nand

Truth-table

Logic-level symbol Transistor schematics




Steady state behavior:

4 possible input combinationsA=0

S=1

B=0

A=0 B=0

CL=Vdd

Vdd

A=0S=1

B=1

A=0 B=1

CL=Vdd

Vdd

A=1

S=0

B=1

A=1 B=1

CL=0 V

Vdd

A=1

S=1

B=0

A=1 B=0

CL=Vdd

VddA B S

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0





B

Out

VDD

GND

A

A

S

B

A B

Vdd






CL

A

Rn

A

Rp

B

Rp

B

Rn Cint

B

Out

VDD

GND

A




Delay characterization through electric-level simulation (e.g., Spice)

B

A

S

tpLH(A) tpHL(A)tpLH(B) tpHL(B)

A SB

inputtpLH

(ps)tpHL

(ps)

A

B

Evaluates the individual contribution of each input (the others are kept at their non-controlling values)





Descrição Spice de uma Porta Nand* Cabecalho: nome do circuito, autor, data etc* Inclusao de arquivo de tecnologia.include modelo_05.txt

* Fonte de alimentacaoV1 vdd 0 dc 5V2 gnd 0 dc 0

* Fontes de tensao para as entradasV3 a 0 pulse(5 0 2n 200p 200p 2n 12n)V4 b 0 pulse(5 0 6n 200p 200p 2n 12n)

*Descricao da porta nand de 2 entradas. Entradas= "a", "b"; saida=“out"MP1 vdd a out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMP2 vdd b out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN1 gnd b int gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN2 int a out gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6p

* Capacitancia para representar carga vista pela saida da portaCL out 0 20f

.controltran 2p 12nplot a+12 b+6 out

.endc

.end

Versão SpiceOpus




Descrição Spice de uma Porta Nand* Inclusao de arquivo de tecnologia.include modelo_05.txt



*Descricao da porta nand de 2 entradas. Entradas= "a", "b"; saida="out"MP1 vdd a out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMP2 vdd b out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN1 gnd b int gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN2 int a out gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6p

A

out

B

A B

vdd

M1

M2

int

gnd







*Descricao da porta nand de 2 entradas. Entradas= "a", "b"; saida="out"MP1 vdd a out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMP2 vdd b out vdd CMOSP l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN1 gnd b int gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6pMN2 int a out gnd CMOSN l=0.5u w=1.2u pd=4.2u ad=0.6p ps=4.2u as=0.6p

B

Out

VDD

GND

A






* Fontes de tensao para as entradasV3 a 0 pulse(5 0 2n 200p 200p 2n 12n)

tempos de transição dos sinais de entrada

12ns (=período)

2ns (=tV2)

2ns (=retardo)

200ps (tempo v1 p/ v2)

200ps (tempo v2 p/ v1)




Descrição Spice de uma Porta Nand

* Capacitancia para representar carga vista pela saida da portaCL out 0 20f

.controltran 2p 12nplot a+12 b+6 out

.endc

.end B

Out

VDD

GND

A

Capacitância de saída

Passo de simulação

Tempo total de simulação




Arquivos para Estes Experimento

Disponíveis em www.inf.ufsc.br/~guntzel/ine5442/lab2

• Arquivo com a descrição Spice (compatível com SpiceOpus): nand2.cir• Arquivo de tecnologia: modelo_05.txt




Experimento 1: Roteiro1. Simular a porta nand de duas entradas com as seguintes

opções de tempo de transição dos sinais de entrada (Tr): 0p, 200p, 400p, 600p, 800p (com CL=20fF)

2. Medir nos gráficos e anotar os resultados, preenchendo a seguinte tabela

3. Comentar os resultados obtidos, confrontando-os com a teoria (máx. um parágrafo)

input Tr=0ps Tr=200ps Tr=400ps Tr=600ps Tr=800ps

a

b

a

b

Obs: faremos em aula as simulações para Tr=200ps e CL=400 ps




Experimento 2: Roteiro

1. Simular a porta nand de duas entradas com as seguintes opções de carga de saída CL: 10f, 20f, 30f, 40f, 50f (com Tr=400ps)

2. Medir nos gráficos e anotar os resultados, preenchendo a seguinte tabela

3. Comentar os resultados obtidos, confrontando-os com a teoria (máx. um parágrafo)

input CL=10fF CL=20fF CL=30fF CL=40fF CL=50fF

a

b

a

b

Obs: faremos em aula as simulações para CL=10fF e CL=20fF




• Individual• Estrutura:

1. Capa, contendo título (“INE5442/EEL7312 - Relatório do 2º Laboratorio”), nome do aluno, matrícula, email, data

2. Descrição do 1º Experimento, resultados e comentários (conforme slide 13)

3. Descrição do 2º Experimento, resultados e comentários (conforme slide 14)

4. Conclusões5. Referências Bibliográficas

• Data de entrega: sexta-feira que vem, 24/10/2008• Entrega em papel (não serão aceitos relatórios via email)

Source: Rabaey; Chandrakasan; Nikolic, 2005

Relatório

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