Appunti di Elettronica generale - Parte XXVI

Appunti Elettronica Generale:

Libro Circuiti per la Microelettronica

di Sedra Smith

Parte XXVI

PROGETTO DELL'INVERTITORE CON CARICO VARIABILE. NO

HA TERZO CONSIDERAZIONE UNA EFFICACE FISSA CIOE' INDIPENDENTE DAL DIMENSIONAMENTO DEL TEMPO DI PROPAGAZIONE?

ESAMINIAMO DI CONSIDERARE UN CARICO FISSO, E CIO' INSPIRI DAL DIMENSIONAMENTO FATTO

tp e eon1

tp = eon * VDD / 2Ip(VDD- |Vthp|)²      con I_p = k'_p W_p / L_p

DA QUESTA ESPRESSIONE, SENSIBILMENTE C'E' UNA SENSIBILTA' LIMITI ON TEMPO DI PROPAGAZIONE, QUINDI ALL AUMENTARE DI Kp (Wp) POSSO RIDURRE A PARTIRE IN TESTO DI PROPAGAZIONE MA AUMENTANDO Kp, CIOE' AUMENTANTO Wp -> AUMENTO LA CAPACITA' DEL PMOS. POICHE' AUMENTO LE REGIONI DI DRAIN E SOURCE E QUINDI AUMENTO LA CAPACITA' DRAIN - BODY => LA CAPACITA' VISTA DALL'INVERTITORE E' CLOAD + CDRAIN EROSGE AL CRESCERE DI Wp. X SEMPLICITA' TRASCURIAMO QUESTO EFFETTO. COSI' APPARE ALLA

CAPACITA' DI GATE DELLE PMOS DELL'INVERTITORE ALL'AUMENTARE DI Wp, POICHE' QUEST'ULTIMA VIENE SATURA ALLA CAPACITA' VISTA DALL'INVERTITORE. FATTO BENE LA SPECIFICA EN VOL MII FORNISCE UN RAPPORTO

k^*_rc = K_n / K_p, con L_n = L_MIN

K_n = k_rc^* K_p -> W_n = L_MIN K_rc^* K_p / K'_n

CIO' SIGNIFICA CHE SE Wp CRESCE -> Kp CRESCE -> Wn DEVE ANCH'ESSA AUMENTARE

C_GATE = C_oxW_nL_MIN cio' PEGGIOREREBBE IL TEMPO DI PROPAGAZIONE DELLA RITA CHE PILOTA IL NOSTRO INVERTITORE. [t_p,i-1]

Quindi la capacita gates non puo essere indipendente dal dimensionamento. Considero una cascata di invertitori per poter progettare Wp, tutti con le medesime dimensioni geometriche cosi da poterli catenare come se avessi il tempo di propagazione di un singolo invertitore, cosi da poter definire Kp. E dimensionare non so l'area pivu laita la catena.

n = 1

C_LOAD = C_DRAIN + C_WIRE + N C_GATE = C_DRAIN + C_WIRE + C_GATE

tp = C_LOAD * VDD / 2Ip(VDD - |Vthp|)²

GATE TRASPORTANDO IL FATTORE CHE LA ERAN NON DIPENDA DALLE DIMENSIONE DEL MOS. E ESISTENDO SOLO LA GATE DIPENDONO DALLE DIMENSIONI DELL'INVERTER.

Wn = (Cwire Vx* Kp) / K'n

Vx* = K'n / Kp

Cgate = Cox Wn Lmin = Cox Lmin^2 Vx* Kp / K'n

TALE RELAZIONE MI INDICA BENE CHE PER UNA PREASSEGNATA Kp, QUAL E' LA CAPACITA' DI GATE PER IL SINGOLO INVERTER, COSTRUIAMOLA NELLA CALA E POI NEL KP, OTTENGO LA RELAZIONE CHE LEGGA IL TEMPO DI PROPAGAZIONE A KP

tp ≈ ( (Cwire + Cdown + N Cox Lmin^2 Vx* Kp / K'n) VDD ) / (2 Kp (VDD - |Vthp|)^2 )

NON POSSO OTTENERE LO TEMPO DI PROPAGAZIONE RELAZIO CON AMBITO, QUINDI VOGLIO

tp > tp,min < > PRESTO DALLA TECNOLOGIA.

QUINDI tp = tp,min = N Cox Lmin^2 VDD / (2 K'n (VDD - |Vthp|)^2)

AUMENTARE DI Kp, DIMINUISCE IL TEMPO DI PROPAGAZIONE MA NON OLTRE UN CERTO LIMITE. MA IL CLOAD AUMENTA ALL'AUMENTARE DI Kp => PIP PEGGIORA, NON SI HA + UN TRADE OFF PERFETTO, AUMENTA LA PT. DISSIPATA.

IL tp,min E IL TEMPO DI PROPAGAZIONE DI UN INVERTER CHE ALLOA LA CAPACITA' DI OTTO DI N INVERTER MINIMI CON kp,min = Wn / K'nz => (W/L)p,min = K'n / K'p* * 1/K'c

IL FATTORE DI FORZA DI QUESTO DISPOSITIVO EQUIVALENTE OLTRE A DIMINUIRE, NELLA TECNICA HA 1 PESA IN FUNZIONE Vx*, CIO' SIGNIFICA M

CHE + E' PICCOLO VpL, + E' GRANDE Kp*, + E' PICCOLO IL FATTORE DI FORZA DELLA RETE DI PULLUP, MINORE SARA' LA CORRENTE PORTATA, TANTO + ELEVATA SARA' tp,min.