Главная Промышленная автоматика.

и перекрестных искажений. Высокая помехоустойчивость нужна для получения требуемого выхода годных структур в современных технологических процессах, которые все еще не дают точно контролируемого порогового напряжения. Таким образом, требование к помехоустойчивости будет уменьшаться при улучшении технологии.

16.3.2. УЗЛОВАЯ ЕМКОСТЬ

Передаточные характеристики строятся для статического состояния, т.е. для равных токов через транзистор и нагрузку, и не могут быть применены для высокоскоростных переходных процессов. Переключение выхода инвертора с низкого уровня на высокий и наоборот связано с зарядом емкостей выходного узла. Эти емкости включают в себя (рис. 16.9й): емкости затвор-исток и затвор-сток: и С, емкости канала Сад емкость нагрузки С„, входную емкость С последующего логического элемента или элементов и паразитную ("блуждающую") емкость . Заряд, накопленный на выходном узле,

евых=(Сс„+Сз,+СБ)£/з,,,+Сз,(С/з,,,-Ц,,)-С„(/„-[/з„,). (16.21)

Условие сохранения заряда требует, чтобы вьшолнялось соотношение

dQsbJdt = CidUJdt =J~I, (16.22)

«вых = + з*с + + + вх (16.23)

представляет собой обобщенную емкость узла (рис. 16.96). Эффективная емкость затвор-сток

Сз*=С (1- -

(16.24)

несущественно отличается от геометрической емкости, так как верно неравенство -/вх/вых ~ f/max 1- случае мы столкнулись с эффективной емкостью затвор-сток со стороны стока. В известном эффекте Миллера, который рассматривает емкость затвор-сток со стороны затвора, С*, увеличивается в {1+Кц) раз. Эффект Миллера касается вклада во входную емкость со стороны входного затвора следующего каскада. Изменениями емкостей и С в зависимости от напряжения t/gx здесь пренебрегается как эффектами второго порядка, но они должны быть учтены при более точном машинном расчете [9].


i 4г и.

-оУвы«

Рис. 16.9. Базовая схема инвертора: а - учтены емкости; б - для анализа переходных процессов емкости объединены в емкость выходного узла



Рис. 16.10. Отделение составляющей емкости, зависящей от ширины W, от постоянной емкости, эквивалентной емкости транзистора с = = 7 мкм. Экспериментальные значения взяты из работы [24]


Полностью емкостное входное сопротивление каскада или каскадов, к которым подключен выход инвертора, не учитывает ток проводимости через прямосмещенный затвор в виде диода Шотки или р-«-переход. Этот

ток проводимости может быть учтен в результате шунтирования емкости на рис. 1б.9а и емкости Сд на рис. 16.96 с помощью прямосмещен-ного диода. Этот учет необходимо производить для логических элементов на ПТ с непосредственными связями, если п-зишах которое равно приблизительно 0,7 В для диодов Шотки и 1,2 В для затвора в виде р+-п-перехода.

Некоторые из емкостей, входящих в емкость выходного узла, пропорциональны ширине контактов транзистора W, в то время как другие (например, продольная краевая емкость между контактами стока и истока) - не пропорциональны. Емкость определяется из графика зависимости произведения

(где здр - время задержки) от Идля той же цепи с транзисторами

разной ширины W (рис. 16.10) [24]. Используя абсциссу точки ЙО) можно графически определить сумму постоянной и переменной емкостей, где переменная составляющая является функцией ширины W. При анализе топологий двух схем с Йо =6,4мкм и Wo =7,8 мкм используются абсциссы точек пересечения обеих экспериментальных прямых с координаторной осью. Прямые построены как зависимости переменной составляющей от ширины в пренебрежении постоянной составляющей.

16.3.3. ВРЕМЕНА НАРАСТАНИЯ, СПАДА И ЗАДЕРЖКИ

На рис. 16.11 показан отклик инвертора на импульс напряжения. Интервал времени, в течение которого напряжение на выходе микросхемы переходит от высокого уровня (0,9) к низкому (0,1), называется временем спада при включении микросхемы. Интервал времени, в течение которого напряжение на выходе микросхемы переходит от низкого уровня (0,1) к высокому (0,9), называется временем нарастания др при включении микросхемы. Интервал времени между входным и выходным импульсами при переходе напряжения высокого уровня к напряжению низкого уровня, измеренный на уровне 0,5, называется временем задержки распространения сигнала при включении микросхемы t. Аналогично определяется время




Рис. 16.11. Определение времени нарастания, спада и задержки

задержки

распространения сигнала

.1 .0,1

при выключении микросхемы ?здр-

- 50% Интервал времени, равный полусум-/(7% ме времен задержки распространения сигнала при включении логической микросхемы, называется средним временем задержки распространения. Время задержки представляет основной интерес в системах с большим числом ЛЭ, включенных последовательно. Общее время задержки системы от входа до выхода равно в этом случае времени задержки элемента, умноженного на их число. Прямые измерения /здр, нар сп описаны в литературе [4]. Однако время задержки на вентиль обычно определяется косвенно путем измерения частоты генератора /о, состоящего из нечетного числа инверторов Nf, соединенных по схеме кольцевого генератора. Время задержки рассчитывается как

= l/(27V/o).

(16.25)

Цепочка инверторов генерирует почти симметричный выходной импульс, который представляет собой сигнал, полученный вследствие усиления напряжения и растягивания из-за конечных времен спада и нарастания инвертора. Переходный процесс tj,ix изменении U получен в результате ин-

тегрирования уравнения (16.22):

(16.26)

Bbix(f

где /ц и /.J, - мгновенные токи статического состояния, которые являются функциями t/gjjx (О ; т ~ функция величины С/д (О Переход выходного напряжения к высокому уровню вызван зарядом емкости узла через нагрузку (/„>/.j.-0), тогда как переход к низкому уровню вызван разрядом емкости узла через транзистор {1.>1). Времена нарастания t и спада получены путем введения соответствующих величин для Ujit =0} и C/gjx (г) , а именно:

tBbixCf =0)=t/« +0,1 iU-U) и и

(нар)=4ых- 0.1(4ых-вых)

ДЛЯ времени нарастания и

Определение параметров t, t и р приведены согласно ГОСТ 19480-74. В оригинале применяются термины "логическая единица", "логический нуль", "время задержки". - Прим. персе.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 [119] 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0037