Первый этап топологического проектирования заключается в создании логических вентилей, используемых в данном устройстве. По техническому заданию разрабатываемое устройство проектируется в технологическом базисе ES2-0.7um.
Топологические схемы используемых вентилей представлены на рисунках 19-20.
Рисунок 19 - Инвертор, 2nor, 3nor
Рисунок 20 – Буфер
Далее с помощью полученных элементов приступаем к реализации топологии разрабатываемого устройства.
Топология устройства представлена на рисунке 21.
Рисунок 21 - Топология устройства
Аналитические расчеты
Расчёт входных емкостей ЛЭ.
Входная ёмкость КМОП-элемента образована емкостями подзатворного
диэлектрика n-и p-канального транзисторов и рассчитывается по формуле плоского конденсатора:
Вычислим емкости всех ЛЭ и занесем их в таблицу 3.
Таблица 3 - Входные емкости ЛЭ
Расчёт удельных паразитных сопротивления и ёмкости слоя металлизации.
Технология ES2-0.7um, следовательно, Wme=3λ= 
мкм.
С помощью формулы плоского конденсатора вычислим удельную паразитную емкость:
Зная 
заданное технологией, можем вычислить удельное погонное сопротивление дорожки металлизации по формуле: 
Расчет максимально допустимой длины шины разводки металла.
Логические элементы в CMOS имеют входные емкости и естественно обладают выходным сопротивлением. Процесс включения ЛЭ можно представить как заряд входной емкости, через выходное сопротивление аналогичного ЛЭ с постоянной времени равной: 
.
Дорожки металлизации обладают удельными сопротивлениями и емкостями. Влияние этих паразитных емкостей и сопротивлений можно учесть, включив N RC цепочек, чем больше N, тем точнее будет смоделировано влияние паразитных элементов.
|
|
Схема показана на рисунке 22.
Рисунок 22 - Учет влияния межсоединений
В рамках курсового проекта ограничимся одним резистором и одной емкостью при расчете влияния паразитных элементов.
τ с учётом задержки в межсоединении:
Полагая, что сквозным током через логический элемент можно пренебречь, что выходное сопротивление ЛЭ не превышает сопротивления инвертора, и что большую часть времени при переключении ЛЭ транзистор работает в крутой области:
- максимальный коэффициент разветвеления, встречающийся в схеме.
.
Для оценки влияния положим, что влияние считается пренебрежимым, если постоянная времени увеличивается менее, чем на 10%.
Пусть 
Найдем 
при котором 
Приведем уравнение к квадратному от .
Решая квадратное уравнение, получаем:
Расчет потребляемой мощности.
Для оценки потребляемой мощности устройства положим, что все вентили переключаются один раз за период. При этом заряд 
протекает с питания на землю. Мы пренебрегаем влиянием паразитных элементов и сквозными токами.
Динамическая мощность вычисляется по формуле:
- коэффициент объединения по входу
- входная емкость логического элемента
- нагрузочная емкость устройства
- рабочая частота устройства
На рисунке 23 показан график средней потребляемой мощности устройства.
Рисунок 23 – Средняя потребляемая мощность устройства
Можем видеть, что средняя мощность 
, что согласуется с приведенным выше расчетом.
Заключение
Синтезирован делитель частоты с переменной скважностью выходного сигнала на базе RS-триггера. Требования технического задания выполнены. Проектирование выполнено в заданном логическом базисе с использованием RS-триггера как базового.
|
|
Буферный элемент успешно обеспечивает заданное в техническом задании быстродействие tфр=3ns, максимальная рабочая частота устройства f = 132 МГц.
Топологическое проектирование выполнено успешно, в ходе аналитических расчётов вычислена максимальная длина межсоединения – 130 um, влиянием межсоединений на работу устройства в некоторых узлах пренебречь нельзя.
Список используемой литературы
1. Цифровая схемотехника. Угрюмов Е.П. 2004 г.
2. Проектирование схем в программе Schematics системы OrCAD. Гуминов Н.В., А.А. Миндеева 2007 г.
3. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу "Микросхемотехника ЦИС"
4. Интегральные схемы на КМОП-транзисторах. В.В.Ракитин, Москва 2007 г.