Circuitos Integrados Digitais ELT017. INVERSOR LÓGICO DIGITAL CMOS Aula 1 2ELT017 - Circuitos Integrados Digitais.

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Circuitos Integrados DigitaisELT0171Inversor lgico DIGITAL cmosAula 12ELT017 - Circuitos Integrados Digitais2Inversor Lgico Digital CMOSElemento bsico de qualquer tecnologia de fabricao/projeto de circuitos digitaisOperao e caractersticas so estendidas/aplicadas no projeto de outras portas lgicas e sistemas mais complexosELT017 - Circuitos Integrados Digitais3

3Inversor Lgico Digital CMOSConstruoDois transistores MOSFET do tipo enriquecimento casadosQn canal nQp canal pCorpo (substrato) de cada transistor est conectado sua fonteElimina o efeito de corpoELT017 - Circuitos Integrados Digitais4

4Inversor Lgico Digital CMOSOperaoCasos extremos de operaovi = nvel lgico baixo ( 0V)vo = nvel lgico alto ( VDDV)Qn canal nTransistor de comando (driver)Qp canal pTransistor de cargaELT017 - Circuitos Integrados Digitais5

Caso de Operao vi = VDDELT017 - Circuitos Integrados Digitais6Inversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 1 (1)Caso vi = VDDvGSN = VDDvSGP = 0vSGP < |Vt|Ponto de operao fica na juno das duas curvasSada 0V (10mV)ELT017 - Circuitos Integrados Digitais7

iD-vDS para QNiD-vSD para QPInversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 1 (2)ELT017 - Circuitos Integrados Digitais8

Circuito Equivalente

Qual a considerao sobre a potencia dissipada em um Inversor Lgico Digital em CMOS?Inversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 1 (3)Na condio estticaCorrente entre o transistores aproximadamente 0ADissipao de potencia tipicamente na casa de micro wattsELT017 - Circuitos Integrados Digitais9

Circuito EquivalenteInversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 1 (4)Ponto de operao possui grande inclinaoBaixa resistncia entre a sada e o terraELT017 - Circuitos Integrados Digitais10

Caso de Operao vi = 0VELT017 - Circuitos Integrados Digitais11

Inversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 2 (1)Caso vi = 0VvGSN = 0vSGP = VDDvGSN < |Vt|Ponto de operao fica na juno das duas curvasSada 5V (5V-10mV)ELT017 - Circuitos Integrados Digitais12iD-vDS para QNiD-vSD para QP

Inversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 2 (2)Na condio estticaCorrente entre o transistores aproximadamente 0ADissipao de potencia tipicamente na casa de micro watts

ELT017 - Circuitos Integrados Digitais13Circuito Equivalente

Inversor Lgico Digital CMOSOperao Caso 2 (3)Ponto de operao possui grande inclinaoBaixa resistncia entre a sada e o terra

ELT017 - Circuitos Integrados Digitais14

14iD-vDS para QNiD-vSD para QP

Operao em rede Pull-Up e Pull-DownELT017 - Circuitos Integrados Digitais15Operao em rede Pull-Up e Pull-DownQN dispositivo abaixador (pull-down)QN pode drenar uma corrente de carga relativamente alta quando vi em nvel altoQP dispositivo levantador (pull-up)QP pode fornecer uma corrente de carga relativamente alta quando vi em nvel baixoELT017 - Circuitos Integrados Digitais16

Resistncia de EntradaComo IG = 0 a resistncia de entrada no inversor infinita, portanto:Um dado inversor pode ter como carga infinitos outros inversores (ou outras portas lgicas)

Porm aumenta-se a capacitncia de carga e diminui a velocidade de operaoELT017 - Circuitos Integrados Digitais17

Caracterstica de transferncia de tensoCaracterstica de transferncia de tenso do inversor CMOSProjeto considera que:Vtn = |Vtp| = Vtkn(W/L)n = kp(W/L)pComo p de 0,3 a 0,5 vezes o valor de n, para que os transistores sejam casados o transistor QP deve ter largura de canal 3 a 4 vezes maior que QN

Caracterstica de transferncia simtrica e fornecimento de corrente em ambos os ladosELT017 - Circuitos Integrados Digitais19

Curva de Transferncia de TensoPonto de Interesse 2 e 3Margens de rudo do inversorMximo valor de tenso na sada para nvel lgico 0 VILMnimo valor de tenso na sada para nvel lgico 1 VIH

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Curva de Transferncia de TensoPonto de Interesse 2 e 3Margens de rudo do inversorELT017 - Circuitos Integrados Digitais21

Operao dinmicaAtraso de propagaoUm parmetro de caraterizao de uma tecnologia medido pelo atraso de propagao do inversorELT017 - Circuitos Integrados Digitais23

Consideraes para atraso de propagaoCapacitor C representa:Capacitncias internas de QN e QPCapacitncias de linhas de interconexo entre o n de sada do inversor e entrada de outras portas lgicasCapacitncias de outras portas de cargaChaveamento do inversor ocorre por um pulso idealTempo de subida e descida nulosELT017 - Circuitos Integrados Digitais24

Operao dinmicaSupondo os transistores casados, o tempo de subida e de descida da forma onda sero iguaisELT017 - Circuitos Integrados Digitais25

Operao dinmicaAps o chaveamento existe um tempo de descarregamento do capacitor C atravs de QNO atraso de propagao do nvel lgico alto para baixo tPHLELT017 - Circuitos Integrados Digitais26

Corrente e dissipao de potnciaCorrente no Inversor Digital CMOSParcela de corrente por chaveamentoQuando o inversor CMOS chaveado, flui corrente entre QP e QN em funo de viEssa corrente d origem a uma dissipao de potncia dinmica no inversor CMOSParcela de corrente pela descarga do capacitorParcela de maior importnciaA energia no capacitor CVDD descarregada por QN e carrega-da atravs de QPDissipao total de CVDD

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Corrente no Inversor Digital CMOSDissipao total de CVDDConsiderando uma operao dinmica em uma frequncia f, a dissipao de potncia ser de:PD = fCVDDComo a frequncia est relacionada com tempo de propagao: quanto menor o tempo de propagao, maior a frequncia, logo maior dissipao de potncia.Figura de mrito da tecnologia: produto atraso-potncia (DP delay-power product)DP = PDtP

ELT017 - Circuitos Integrados Digitais29ProblemasELT017 - Circuitos Integrados Digitais30Problemas para soluo e apresentao em sala4.57 Equipe 4.58 Equipe 4.59 Equipe 4.60 Equipe 4.61 Equipe ELT017 - Circuitos Integrados Digitais31

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