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VLSI Transístores de passagem 1Transístores de passagem 1
FEUP/DEECNovembro de 2007
Transístores de passagemJoão Canas Ferreira
Tópicos deProjecto de Circuitos VLSI
VLSI Transístores de passagem 2Transístores de passagem 2
Conteúdo
Inclui figuras de:J. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic
Digital Integrated Circuits, 2ª ed, PrenticeHall
Transístores de passagem Portas de transmissão
VLSI Transístores de passagem 3Transístores de passagem 3
B
B
A
F = AB
0
Circuitos lógicos com transístores de passagem
Inputs
Switch
Network
OutOut
A
B
B
B
• N transistors
• No static consumption
VLSI Transístores de passagem 4Transístores de passagem 4
Utilização de transístores NMOS
VDD
In
Outx
0.5m/0.25m0.5m/0.25m
1.5m/0.25m
0 0.5 1 1.5 20.0
1.0
2.0
3.0
Time [ns]
Vo
ltage
[V]
xOut
In
VLSI Transístores de passagem 5Transístores de passagem 5
Interruptor NMOS
•VB não atinge 2.5V, mas apenas 2.5VVtn
•Existe consumo de potência estática•Transístor NMOS está sujeito a efeito de corpo, com aumento da tensão de limiar
•Resistência do interruptor cresce quando a tensão de saída se aproxima de VinVtn (zona linear)
A = 2.5 V
C = 2.5 V
BM2
M1
Mn
A = 2.5 VB
C = 2.5 V
CL
V B=V DD−V tn=V DD−V tn0 ∣2F∣V B− ∣2F∣
1.8V
Consumo estático!
VLSI Transístores de passagem 6Transístores de passagem 6
Curva de transferência de porta AND
VLSI Transístores de passagem 7Transístores de passagem 7
PTL complementar
A
B
A
B
B B B B
A
B
A
B
F=AB
F=AB
F=A+B
F=A+B
B B
A
A
A
A
F=AÝ
F=AÝ
OR/NOR EXOR/NEXORAND/NAND
F
F
Pass-Transistor
Network
Pass-TransistorNetwork
AABB
AABB
Inverse
(a)
(b)
•Valores complementares sempre disponíveis•Todas as portas têm a mesma topologia•Pode ser necessário usar portas com Vth=0, para compensar a ligação de fontes a portas de transístores.
CPTL = complementary passtransistor logic
Muito eficiente parasomadores emultiplicadores.
VLSI Transístores de passagem 8Transístores de passagem 8
Recuperação de nível
•Variação "completa" da amplitude (0V;VDD)
•Transístor de recuperação aumenta a capacidade em X
•Problema de dimensionamento (ratioed circuit)
M2
M1
Mn
M r
OutA
B
VDDVDDLevel Restorer
X
Problema no nó X durante a sua transição HL:descarga via Mn é contrariada por pullup via Mr.
VLSI Transístores de passagem 9Transístores de passagem 9
Dimensionamento do transístor de recuperação
0 100 200 300 400 5000.0
1.0
2.0
W/Lr =1.0/0.25 W/Lr =1.25/0.25
W/Lr =1.50/0.25
W/Lr =1.75/0.25
Vol
tage
[V]
Time [ps]
3.0
•Existe um limite superior para a dimensão do transístor de restauração do sinal.•Pulldown via transístor de restauração pode ser uma cadeia de vários transístores NMOS.
•Mr aumenta o tempo de subida, diminui tempo de descida.
•Capacidade acrescida em X torna a porta mais lenta.
VLSI Transístores de passagem 10Transístores de passagem 10
Emprego de transístores com Vt=0
Out
VDD
VDD
2.5V
VDD
0V 2.5V
0V
•Correntes de fuga podem ser significativas quando a comutação não é frequente.
•Continua a existir efeito de corpo.
VLSI Transístores de passagem 11Transístores de passagem 11
Conteúdo
Inclui figuras de:J. Rabaey, A. Chandrakasan, B. Nikolic
Digital Integrated Circuits, 2ª ed, PrenticeHall
Transístores de passagem Portas de transmissão
VLSI Transístores de passagem 12Transístores de passagem 12
Porta de transmissão
A B
C
C
A B
C
C
BCL
C = 0 V
A = 2.5 VC = 2.5 V
A utilização de portas de transmissão tem vindo a decrescer. Porquê?
VLSI Transístores de passagem 13Transístores de passagem 13
Resistência de uma porta de transmissão
Vout
0 V
2.5 V
2.5 VRn
Rp
0 . 0 1 . 0 2 .00
1 0
2 0
3 0
Vout, V
Res
ista
nce
, oh
ms
Rn
Rp
Rn || Rp
Geq=1Req
≈k n V DD−V tnk p V DD−∣V tp∣
VLSI Transístores de passagem 14Transístores de passagem 14
Multiplexador de portas de transmissão
A M2
M1
B
S
S
S F
VDD
VDD
S S
GNDIn1 In2S S
VLSI Transístores de passagem 15Transístores de passagem 15
Porta XOR com portas de transmissão
A
B
F
B
A
B
BM1
M2
M3/M4
•Analisar separadamente os casos B=1 e B=0.•A saída (nó F) tem sempre um percurso de baixa resistência para as alimentações.
saída FImplementação complementar requer 12 transístores.
VLSI Transístores de passagem 16Transístores de passagem 16
Atraso em redes de portas de transmissão
V1 Vi1
C
2.5 2.5
0 0
Vi Vi+1
CC
2.5
0
Vn1 Vn
CC
2.5
0
In
V1 Vi Vi+1
C
Vn1 Vn
CC
InReqReq Req Req
CC
(a)
(b)
C
Req Req
C C
Req
C C
Req Req
C C
Req
CIn
m
VLSI Transístores de passagem 17Transístores de passagem 17
Optimização do atraso
VLSI Transístores de passagem 18Transístores de passagem 18
Atraso de uma cadeia de portas de transmissão
16 portas de transmissão, 8 K, 3.6 fF : 2.7 ps
VLSI Transístores de passagem 19Transístores de passagem 19
Exemplo adicional: somador completo
A
B
P
Ci
VDDA
A A
VDD
Ci
A
P
AB
VDD
VDD
Ci
Ci
Co
S
Ci
P
P
P
P
P
Sum Generation
Carry Generation
Setup
•Atrasos semelhantes para a soma e o transporte•Usa 24 transístores em vez de 28
S=XOR XORA , B ,C S=A B CAB CA BCABCC o=ABBCACG=ABD=A BP=XORA , BC oG , P =GPCS G ,P =XOR P ,C