北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap4-1 第四章 CMOS单元电路 基本单元电路 4.9 动态电路基础

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1 第四章 基本单元电路 4.9 动态电路基础 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 动态电路基础 预充一求值动态电路 动态电路问题 时钟信号的设计

2 动态电路基础  预充－求值动态电路  动态电路问题  时钟信号的设计 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 动态逻辑电路 静态电路:靠管子稳定的导通、截止来保持输出状态 动态电路:靠电容来保存信息 M M Y=AB M N2 A A 动态电路的优点: 相对NMOS电路:动态电路可降低功耗,无比电路 相对CMOS电路:用动态电路简化电路,提高速度

3 动态逻辑电路 静态电路：靠管子稳定的导通、截止来保持输出状态 动态电路：靠电容来保存信息 动态电路的优点： 相对NMOS电路：动态电路可降低功耗，无比电路 相对CMOS电路：用动态电路简化电路，提高速度 V A B DD CL Vout  A B Y VDD =A.B M M M M N1 N2 P2 P1 V A B DD CL Vout Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 预充一求值动态CMos电路的构成 ①=0,预充;Φ=1,求值 M C 存在的问题: 解决了预充过程 Φ=0,A=B=1,Vo小于ⅤDp 下拉支路导通问题

4 预充—求值动态CMOS电路的构成 ＝0，预充；＝1，求值 存在的问题： ＝0，A＝B＝1，VOH小于VDD V A B DD CL Vout  VDD C L B A M1 M2 Vout  M M P N 解决了预充过程 下拉支路导通问题 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 动态电路形式 M2 VDD VDD PMOS NMOS 逻辑块 辑块 富NMOS动态电路 富PMOS动态电路 Φ=0,预充;Φ=1,求值 ①=1,预充;=0,求值 下降时间影响速度 上升时间影响速度

5 动态电路形式 V DD PMOS 逻辑块 Vout Vin M M N P  VDD NMOS 逻辑块 Vout  富NMOS动态电路 ＝0，预充；＝1，求值 下降时间影响速度 富PMOS动态电路 ＝1，预充；＝0，求值 上升时间影响速度 VDD C L B A M1 M2 Vout  M M P N Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 动态电路:例子 D P M A A c 富PMOS电路实现 富NMOS电路实现 Y=AB+C Y=AB+O

6 动态电路：例子 Y AB C   VDD V A B DD M M P N M MN P   Y A B C C Y Y AB C   富PMOS电路实现 富NMOS电路实现 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation Dynamic Gate Clk M Clk off p on Out Out (AB)+C) A PDN C Clk k ff on Two phase operation Precharge (Clk=O) Evaluate (Clk = 1)

7 Dynamic Gate In1 In2 PDN In3 Me Mp Clk Clk Out CL Out Clk Clk A B C Mp Me Two phase operation Precharge (Clk = 0) Evaluate (Clk = 1) on off 1 off on ((AB)+C) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 动态电路的输出节点 一旦输出节点放电,就 无法恢复,只有等到下c|k+ 个预充阶段 Out 求值阶段,输入最多只 ((AB)+C) A 能变化一次 ■求值阶段,输出节点如B 果没有被下拉通路放电, 则处于高阻态,电路状 CliMe 态由电容上存储的电荷 决定

8 动态电路的输出节点  一旦输出节点放电，就 无法恢复，只有等到下 一个预充阶段  求值阶段，输入最多只 能变化一次  求值阶段，输出节点如 果没有被下拉通路放电， 则处于高阻态，电路状 态由电容上存储的电荷 决定 Out Clk Clk A B C Mp Me ((AB)+C) Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly Out 动态电路特性 A C B CIkI ■逻辑功能由NMos下拉网络实现 扇入为N的电路需要晶体管数目N+2(对照互补cMos 2N个) 输出全摆幅信号(VoL= GND and v= DD 无比逻辑 ■速度快 n输入电容小(Cn),每个输入只连接一个NMos 输出电容小,只有NMos和一个PMOS的漏区电容

9 动态电路特性  逻辑功能由NMOS下拉网络实现  扇入为N的电路需要晶体管数目 N + 2 (对照互补 CMOS 2N 个)  输出全摆幅信号 (VOL = GND and VOH = VDD)  无比逻辑  速度快  输入电容小 (Cin)，每个输入只连接一个NMOS  输出电容小，只有NMOS和一个PMOS的漏区电容 Out Clk Clk A B C Mp Me Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 动态电路基础 预充一求值动态电路 动态电路问题 时钟信号的设计 10

10 动态电路基础  预充－求值动态电路  动态电路问题  时钟信号的设计 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only