第五章 cmos组合逻辑电路设计ii

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1、第五章CMOS组合逻辑电路设计II－动态CMOS电路第一节动态逻辑门电路的基本结构、原理、特点第二节多米诺（Domino）CMOS电路第三节改进的DominoCMOS电路第四节时钟CMOS（C2MOS）第一节动态逻辑门电路的基本结构、原理、特点一、预充－求值动态CMOS的基本结构和工作原理二、动态CMOS的特点三、动态CMOS的问题四、动态CMOS的级联静态电路：靠管子稳定的导通、截止来保持输出状态除状态反转外，输出始终与VDD和GND保持通路。动态电路：靠电容来保存信息一、预充－求值动态CMOS的基本结构和工作原理In1In2PDNIn3MeMpClkClkOutCL预充－求值动态CM

2、OS电路的基本结构工作过程：预充阶段：Clk＝0，Out被Mp预充到VDD，Me截止，无论输入何值，均不存在直流通路。此时的输出无效。求值阶段：Clk＝1，Mp截止，Me导通，Out和GND之间形成一条有条件的路径。具体由PDN决定。若PDN存在该路径，则Out被放电，Out为低电平，“0”。如果不存在，则预充电位保存在CL上，Out为高电平“1”。求值阶段，只能有与GND间的通路，无与VDD间的，一旦放电，不可能再充电，只能等下次。预充FET求值FET预充－求值动态CMOS电路的工作原理预充预充求值输出只在此时有效当Clk＝1时ClkOutClk＝0时，输出为1，与输入无关OutClk

3、ClkABCMpMeOutClkClkABCMpMeonoff1offon((AB)+C)例PUNPUN构成的动态CMOS电路Clk＝1时，输出为0，与输入无关当Clk＝0时一般不用PUN网络逻辑功能由下拉网络PDN实现。其结构和设计与互补CMOS和类NMOS的一样。晶体管数目减少，由互补CMOS的2N减为N＋2输出摆幅不变，VOL=GND，VOH=VDD无比电路，器件尺寸不影响输出的逻辑电平VDD与GND之间不存在直流通路开关速度提高扇入只和一个FET相连，输入电容减小，相应负载电容减小(Cin)无PUN网络，负载电容减小(Cout)一般不用PUN网络二、动态CMOS的特点VTC：(是

4、静态量，难以全面反应动态CMOS性能）VOL=GND，VOH=VDD输入超过NMOS的阈值电压Vtn时，PDN开始导通，但要等一定时间输出才为VOL，因此VM＝VtnVIH，VIL也都等于Vtn，结果NML很低当输入为高，输出节点是悬浮的，对噪声敏感。但NMH很高动态：tPLH几乎为0，预充时已完成。MP的设计可以随意，不影响性能。增大－预充时间短，但负载加大。tPLH要比同样设计的互补CMOS稍大一些。Mn的存在。动态CMOS的性能In1In2PDNIn3MeMpClkClkOutCL需要额外增加预充时间#TrnsVOHVOLVMNMHNMLtpHLtpLHtp62.5V0VVTn2.

5、5-VTnVTn110ps0ns83psCLKCLKIn1In2In3In4OutIn&CLKOutTime,nsVoltageEvaluatePrecharge例静态电路：靠管子稳定的导通、截止来保持输出状态除状态反转外，输出始终与VDD和GND保持通路。动态电路：靠电容来保存信息动态电路的优点：对NMOS电路：动态电路可降低功耗，无比电路对CMOS电路：用动态电路简化电路，提高速度电荷泄漏三、动态CMOS的问题依靠在电容上动态存储输出值，电荷泄漏使高电平降低，预充动态电路的时钟频率不能过低，最低在250Hz－1kHZ之间。主要是亚阈电流电荷泄漏的解决方案增加一个高电平保持FET和反相

6、器Mkp是弱pMOSFET即W/L<1电荷分享预充后存在CL上的电荷，可能会在中间节点（CA）之间再分配，结果使输出高电平降低，而且无法恢复，还可能形成直流通路。电荷分享过程中的节点电平变化电荷分享问题电荷分享问题电荷分享问题等效电路一般要求Vout＝VDD－Vf小于

7、Vtp

8、电荷分享解决方案对中间节点也预充时钟反馈Clk和Out之间的耦合。原因Cgd的影响门间级联gatecascade－逻辑门的连接四、动态CMOS的级联前级预充为1，该高电平会对后级产生影响，使nMOS开启，成为放电，结果导致电荷损失，噪声容限减小，甚至逻辑错误。注意动态PDN电路间不能直接级联！！！PUN间不能直级

9、联需要发展新的动态CMOS电路第二节多米诺（Domino）CMOS电路为解决动态CMOS电路的级联而发展的In1In2PDNIn3MeMpClkClkOut1In4PDNIn5MeMpClkClkOut2Mkp11100001加一级反相器，实现不带非逻辑可以用动态PDN电路直接级联级联电路中，各级信号会通过一级级的连锁反应传递电平。好象多米诺骨牌，这也正是电路名称的由来。ABCDE只实现不带非的逻辑每个门都必须缓冲可实现高速