专用集成电路设计.pptx

2023/4/301CMOS与非门；CMOS或非门；CMOS与或非门；CMOS异或门；CMOS同或门；CMOS数据选择器；CMOS三态门和钟控CMOS逻辑电路；CMOS全加器第1页/共27页2023/4/3024.3 全互补CMOS集成门电路 CMOS采用正逻辑，由采用正逻辑，由NMOS管管组成的逻辑块电路和组成的逻辑块电路和由由PMOS管组成的逻辑块电路分别代替（反相器中管组成的逻辑块电路分别代替（反相器中)单个单个NMOS管和单个管和单个PMOS管。管。对于对于NMOS逻辑遵循逻辑遵循“与串或并与串或并”的规律；对于的规律；对于PMOS管逻辑块，则遵循管逻辑块，则遵循“或串与并或串与并”的规律。在这种的规律。在这种全互补集成电路中，全互补集成电路中，P管数目和管数目和N管数目是相等的管数目是相等的。管子个数=输入变量数2第2页/共27页2023/4/3034.3.1 CMOS与非门设计 F=AB 1.电路 CMOS与 非 门 电 路 如 图 4-21所 示，其 中NMOS管串联，PMOS管并联，A、B为输入变量，F为输出。图 421 CMOS与非门NMOS“与串或并”PMOS“或串与并”第3页/共27页2023/4/3042.逻辑功能与非门所用管子数：M=输入变量数2第4页/共27页2023/4/3053.与非门的RC模型及tr、tf计算图 4-22 (a)、与非门的RC模型(b)、输出信号上升和下降时间与非门输出信号:下降时间：tf=2.2(RN1+RN2)CL2.22RN1CL 上升时间：tr=2.2RP1CL/2=2.2RP2CL/2（一般情况）tr=2.2RP1CL=2.2RP2CL（最坏情况）第5页/共27页2023/4/306 (1)、如果要求下降时间与标准反相器相同，则要求RN1减小一倍，那么与非门的NMOS管的宽长比(W/L)N比标准反相器的NMOS管的宽长比(W/L)ON要大一倍，即那么与非门NMOS管宽度W要比标准反相器的NMOS管大一倍。由此可见：(2)、如果要求上升时间tr与下降时间tr一样，则2RN1=RP1，根据 ，有即PMOS管的尺寸比NMOS管稍大一点。第6页/共27页2023/4/3074.与非门的版图设计第7页/共27页2023/4/308 图中一个NMOS的衬底不接地，所以该管的UBS0,存在体效应，该管的阈值电压将比UBS=0 的NMOS管阈值电压要大，约为：5.与非门中的体效应第8页/共27页2023/4/309 CMOS或非门电路如图所示，NMOS管 并 联，PMOS管串联。1.电路2.逻辑功能4.3.2 CMOS或非门设计 F=A+B第9页/共27页2023/4/3010或非门的RC模型如图所示，由图可得，该电路的延时：(双管导通)(单管导通，最坏情况)3.RC模型及tr、tf tr=2.2(RP1+RP2)CL=2.22RP1CL上升时间：下降时间：第10页/共27页2023/4/30114.或非门的版图设计若要求驱动能力与标准反相器相同，则 2RP1=RN1根据 ，则：N管并联，P管串联，且P管的(W/L)P比N管的(W/L)N要大得多。第11页/共27页2023/4/3012 CMOS与或非门要实现的逻辑函数为：F=A+CD 1.电路 (1)、NMOS逻辑块电路的设计。根据NMOS逻辑块“与串或并”的规律构成N逻辑块电路，如图 4-26所示。4.3.3 CMOS与或非门和或与非门设计 图 4-26 NMOS逻辑块电路 第12页/共27页2023/4/3013(2)、PMOS逻辑块电路的设计 根据PMOS逻辑或串与并的规律构成PMOS 逻辑块电路。第13页/共27页2023/4/3014(3)、将NMOS逻辑块与PMOS逻辑块连接，接上电源和地，构成完整的逻辑电路，如图所示。图 4-28 实现与或非运算的电路 第14页/共27页2023/4/30153.与或非门的RC模型及管子尺寸设计：图中，RP1=RP2RP3=RP4,RN1RN2=RN3RN4。最坏情况下，晶体管驱动CL充电时，S5、S6导通一个，S3、S4导通一个。放电时，S1、S2导通一个。因此有tr=2.2(RP1+RP3)CL=2.22RP1CL tf=2.2(RN1+RN2)CL=2.22RN1CL(W/L)p=2.6(W/L)N若要求驱动能力一致，RP1=RN1，则：第15页/共27页2023/4/30163.另一种与或非门和或与非门电路第16页/共27页2023/4/3017 三态门是具有三种输出状态的逻辑门，这三种状态分别是高电平、低电平和高阻态。与普通反相器不同的是，三态门增加了使能控制信号，如图所示。4.3.4 CMOS三态门和钟控CMOS逻辑电路电路逻辑功能第17页/共27页2023/4/3018 第一个反相器由V1、V2组成，并由UDD供电，其输出为A。第二个反相器由V5、V6组成，其输入为B。该反相器是一个特殊的反相器，它不直接接电源UDD，而是由A和A供电，当A为1时才正确加电而工作，而A=0时，第二个反相器的供电电压极性是相反的，所以截止。传输门由V3、V4组成，其控制电压为A和A。4.3.5 CMOS异或门设计 用两个CMOS反相器和一个CMOS传输门构成的异或门电路如下图。第18页/共27页2023/4/3019A=0，F=B。当A=1 时，传输门截止，第二个反相器工作，B经反相后输出，故A=1，F=B。当 A=0 时，第二个反相器截止，传输门开启而导通，B将通过传输门直接传到输出端，即逻辑关系见下表：第19页/共27页2023/4/30204.3.6 CMOS同或门设计 与异或门比较，同或门电路是将传输门、第二个反相器的PMOS管和NMOS管的位置互换了。A=0，1和2反相器工作，传输门截止，F=B；A=0，F=B。同或门的函数式为：同或门电路异或门电路第20页/共27页2023/4/3021 数据选择是指在多个输入中选择一路信号输出。使用最普遍的数据选择器是双路选择器，即2选1电路，它根据“地址”从两路中选择一路信号输出。用两个传输门可组成一个2选1电路。4.3.7 CMOS数据选择器传输门的应用 第21页/共27页2023/4/30224.3.9 CMOS全加器 逻辑关系：真值表：其中A、B分别为加数与被加数，Ci为低位向本位的进位值，S为“和”，Co为本位向高位的进位值。第22页/共27页2023/4/3023 全加器电路：传输门1与反相器构成异或门；传输门2与反相器构成同或门。传输门3和4构成2选1选择器，用 和 作为控制信号，Ci和Ci作为输入信号。第23页/共27页2023/4/3024 全加器进位信号传输门5和6构成2选1选择器，用 和 作为控制信号，A和Ci作为输入信号。则A=B=1，Co=1=A=BA=B=0，Co=0=A=B即C0选择A或B。则AB，Co=Ci第24页/共27页2023/4/30251、说明下图中电路所实现的逻辑功能。F=？UDDAABEDCECBD练习第25页/共27页2023/4/3026 2、画出由静态逻辑门实现F=A+BC功能的电路。实现不带“非”的逻辑功能至少要用2级逻辑门，即一个AOI门加一个反相器。第26页/共27页2023/4/3027感谢您的观看！第27页/共27页