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TE 130 CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITAIS 1

CAPÍTULO 3INVERSOR CMOS

Baseado nos slides de Peter CheungDepartment of Electrical & Electronic Engineering

Imperial College London

Oscar C. Gouveia FilhoDepartamento de Engenharia Elétrica

UFPR

URL: www.eletrica.ufpr.br/ogouveiaE-mail: [email protected]


OBJETIVOS

1. Compreender o funcionamento do inversor CMOS

2. Identificar os parâmetros fundamentais do inversor CMOS

3. Analisar e dimensionar inversores CMOS

4. Simulação elétrica e caracterização de inversores


INVERSOR IDEAL

VIN VOUT


NÍVEIS LÓGICOS

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 20,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

VIN (V)

VO

UT

(V

)

VIL V

IH V

IL V

IH

VOH

VOL

VM

Inclinação = -1

Inclinação = -1


MARGENS DE RUÍDO


Fan-In e Fan-Out

Número de entradas ligadas a uma porta

lógica

Número de portas ligadas à saída de uma porta lógica


COMPORTAMENTO DINÂMICO


OSCILADOR EM ANEL


DISSIPAÇÃO DE POTÊNCIA

Pmax=V DD∗I DDPotência máxima

Potência média Pmed=1T∫0

T

p t dt=V DD

T ∫0

T

iDD t dt

Produto Potência-Atraso (Power-Delay Product)• energia por operação de chaveamento

PDP=Pmed∗t p


CARACTERÍSTICA DE TRANSFERÊNCIA DC

ANÁLISE DO INVERSOR CMOS


REGIÕES DE OPERAÇÃO


0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 20,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

VIN (V)

VO

UT

(V

)

VM

Determinação de VM

Ambos transistores saturados

kn

2V M−V tn

2=

k p

2V DD−V M−∣V tp∣

2

V M=r V DD−∣V tp∣V t

1r

onde r= k p

kn

k n p=k 'n p WLn p


Determinação de VIL e V

IH

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 20,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

VIN (V)

VO

UT

(V

)

VIL V

IH

Inclinação = -1

Inclinação = -1

dV OUT

dV I

=−1

Calcular o ganho do inversor e igaualar à unidade. Observar as regiões de operação dos transistores.


ANÁLISE DINÂMICA

Modelo simplificado


CÁLCULO DAS CAPACITÂNCIAS


ATRASO DE PROPAGAÇÃO

VDD

Vout

Vin = VDD

CLIav

tpHL = CL Vswing/2

Iav

CL

kn VDD

~

Do mesmo modo para tpLH

t pLH=C L

K pV DD


Vin Vout

CL

Vdd

DISSIPAÇÃO DE POTÊNCIA


CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO


CORRENTE DE FUGA

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