第五讲静态CMOS组合逻辑.ppt

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1、第五讲静态CMOS组合逻辑电路天津大学电信学院电子科学与技术系史再峰TJU.ASICCenter---ArnoldShi引言:组合电路与时序电路组合逻辑电路InOUT组合逻辑电路InOUT状态TJU.ASICCenter---ArnoldShi静态CMOS电路在每一时间（除切换期间）每个门的输出总是通过低阻连至VDD或Vss；稳定状态时，门的输出值总是由电路所实现的布尔函数决定；不同于动态电路：动态电路把信号值暂时存放在高阻抗电路节点电容上动态电路形成的门结构简单，速度快，但对噪声更加敏感，设计工作比较复杂TJU.ASICCenter---ArnoldShi上拉和下拉网络VDDF(In1,I

2、n2,…InN)In1In2InNIn1In2InNPUNPDNPUN与PDN是对偶的网络结构……PMOStransistorsonlypull-up:在VDD和F之间提供一条通路F(In1,In2,…InN)=1NMOStransistorsonlypull-down:在F和GND之间提供一条通路F(In1,In2,…InN)=0TJU.ASICCenter---ArnoldShi关于PDN和PUN探讨一个MOS管可以看作由栅信号控制的开关PDN由NMOS构成；PUN由PMOS构成。因为NMOS产生“强0”而PMOS器件产生“强1”NMOS串联相当于“与”逻辑，PMOS串联相当于“或”逻辑

3、；NMOS并联相当于“或”逻辑，PMOS并联相当于“与”逻辑根据DeMorgan定理，一个互补的CMOS结构的上拉网络和下拉网络构成对偶结构（dualnetworks）互补的门本质上是反相的，只能实现NAND、NOR、XNOR、NOT等功能，用单独一级实现非反相的布尔函数是不行的实现一个具有N个输入的逻辑门需要2N个晶体管TJU.ASICCenter---ArnoldShi阈值损失VDDVDD0PDN0VDDCLCLPUNVDD0VDD-VTnCLVDDVDDVDD

4、VTp

5、CLSDSDVGSSSDDVGSTJU.ASICCenter---ArnoldShi构成PDNNMOS串联形成

6、NAND功能NMOS并联形成NOR功能ABA•BABA+BTJU.ASICCenter---ArnoldShiCMOSNANDABA•BABABF001011101110ABTJU.ASICCenter---ArnoldShiCMOSNORABF001010100110A+BABABABTJU.ASICCenter---ArnoldShi互补CMOS复合门OUT=!(D+A•(B+C))DABCDABCTJU.ASICCenter---ArnoldShi标准单元的版图设计理念1980s信号布线通道VDDGND这个版图实现什么逻辑功能？TJU.ASICCenter---ArnoldShi标准单

7、元设计-1990sM2没有布线通道VDDGNDM3VDDGNDMirroredCellMirroredCellTJU.ASICCenter---ArnoldShiStandardCellsAOutVDDGNDB2-inputNANDgateTJU.ASICCenter---ArnoldShi复合门的版图设计用棍棒图（StickDiagrams）表示，不含具体尺寸，只代表晶体管的相对位置TJU.ASICCenter---ArnoldShiOAI21LogicGraphCABX=!(C•(A+B))BACijjVDDXXiGNDABCPUNPDNABCTJU.ASICCenter---Arnol

8、dShiOAI21的两种棍棒图ABCXVDDGNDXCABVDDGND此版图具有连续的扩散区TJU.ASICCenter---ArnoldShi一致的Euler路径jVDDXXiGNDABCABC为了形成一条连续的扩散区，必须能顺序地访问每一个晶体管，即一个器件的漏区同时是下一个器件的源区.即在电路中必须存在一条Euler路径Euler路径定义为通过途中所有节点并且只经过每一条边一次的路径为了在PUN和PDN网络中栅的顺序相同，其Euler路径必须是一致的，即经过各晶体管顺序一致。TJU.ASICCenter---ArnoldShiEuler路径的识别(一)对于X=!(AB+CD)逻辑,首先

9、画出电路图BADX=!(AB+CD)ADBCCVDDGNDmpqTJU.ASICCenter---ArnoldShiEuler路径的识别(二)对于X=!(AB+CD)逻辑,首先画出电路图然后根据电路图,PDN的逻辑图,标出各节点,用顶点代表网络节点,用边代表晶体管,每一条边用相应的晶体管的信号来命名;把PUN旋转90度,使与PDN形成对偶关系并重叠在一起,标出各节点GNDABCDXpqVDDXmTJU.ASI