Comportamento de um transistor MOS - NMOS

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Luiza Azeredo
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1 Comportamento de um tranitor MOS - NMOS G = SiO 2 S = D Subtrate (type p) Source (type n) Drain (type n) (a) Quando GS =, o tranitor etá o Comportamento de um tranitor MOS - NMOS G = 5 SiO 2 = S D = Channel (type n) (b) Quando = 5, o tranitor etá on GS > T há a ormação do canal GS 2

2 I Comportamento de um tranitor MOS NMOS Comprimento e Largura de Canal I D = k n W / L [ ( GS T ) DS ½ 2 DS ]; (gráico no próimo lide) onde k n é a trancondutância (parâmetro de proceo unidade A / 2 quando DS = GS T, a corrente atinge a máimo (aturação) e I D = k n W / L [ ( GS T ) 2 ] independe de DS OBS A análie para o PMOS é emelhante, ó que teremo S com a maior tenão e T negativo e K p ~,4 K n Eercício: Aumir k n = 6 u A/ 2, W/L = 2,? m /,5? m, S =. Se D = 2,5, qual a corrente I D na região de triodo e na região de aturação. ON Reitence em um MOSFET R DS = DS / ID R DS = /[k n W/L ( GS T )] Eercício: Aumir k n = 6 u A/ 2, W/L = 2,? m /,5? m, GS = 5. Calcular R DS. 3 Relação tenão-corrente em um tranitor NMOS I D Triode Saturação GS T DS + W + W 2 L L (a) Small tranitor (b) Larger tranitor 4 2

3 Nívei de tenão em um inveror NMOS inverter DD DD R I tat = OL (a) NMOS NOT gate R DS (b) = 5 OBS: No inverore NMOS, geralmente o reitor é um tranitor PMOS peudo PMOS compatível com CMOS X = NMOS aberto, em luo de corrente = 5 X = = (R DS /(R DS + R)) Eercício: R = 25 KW e RDS -= KW. Calcular I at e 5 Curva de tranerência de um inveror CMOS X = NMOS o Sem luo de OH= Slope = - X = PMOS o corrente Na realidade eite uma pequena corrente leakage current OL =, m OL, IL, OH e IH quantiica a robutez de uma amília lógica OL= T IL 2 IH?? DD?? T 6 3

4 Margem de Ruído N N 2 A Doi inverore em cacata Ruído perturbaçõe randômica que podem alterar um inal. Por eemplo, a aída de N pode er alterada por uma perturbação eterna (ruído). Se ete ruído alterar IL de N, ete nível deve e manter abaio de IL, para er interpretado corretamente por N 2. A capacidade para tolerar ruído em aetar a operação correta margem de ruído NM L = IL OL NM H = OH IH Eercício Dada na igura do lide 6, temo que OH = e OL =. No ponto onde a inclinação da curva = -, podemo tirar: IL =~ /8 (3 + 2 T ) e IH =~/8 (5-2 T ) Para o valor típico de T =,2, temo NM L = NM H =,425 Calcule a margem de ruído para = 5 e = Operaçõe Dinâmica de Porta Lógica DD DD N A N2 C - capacitor paraita Carga capacitiva no ponto A Por caua da contrução do tranitore, o inveror N 2 recebe o eeito da capacitância de carga (capacitância paraita) do ponto A. A capacitância paraita no ponto A é devido ao Inveror N e ao inveror N 2, ma o que mai contribui é a capacitância que eite na entrada de N 2 e o terra. O valor do deta capacitância depende do tamanho do tranitor. Cada tranitor contribui com a capacitância de porta C g = W L C o. O parâmetro C o (capacitância do óido), é uma contante e depende da tecnologia unidade F/? m2. 8 4

5 Eeito da capacitância paraita na velocidade de um circuito lógico A capacitância tem um eeito negativo na velocidade de um circuito lógico. t r rie time (% a 9% de ) t all time (9% a % de ) t p propagation time (medido a 5% de, entre entrada e aída) tp = C? /I D = C( /2) / I D,7 C / K n (W/L) 5% 5% Gnd Propagation delay Propagation delay 9% 9% A 5% 5% Gnd % % t r t Eercício Para C = 7 F, K n = 6mA/2, W/L = 2,/,5 e DD = 5. Calcular tp. 9 Diipação de Potência tecnologia MOS Quando um tranitor etá em aturação P S = I at (inveror NMOS). Se I at =,2 ma e DD = 5, P S =, mw. Para um circuito com. inverore P = W crítico para circuito alimentado por bateria. Potência Etática Potência Dinâmica NMOS diipa amba, CMOS apena a dinâmica Inveror CMOS baio NMOS o não eite corrente alto PMOS o não eite corrente Quando há a tranição, eite luo de corrente diipação de potência. Potência diipada em um inveror CMOS P D = C 2 Eercício Se C = 7 F, = 5 e = MHz, calcule P D de um inveror MOS. E para. inverore, upondo 2% chaveando? DD Fluo de corrente na mudança de para 5 I D I D Fluode corrente na mudança de para 5 5

6 Fan-in de uma porta NOR e uma porta NAND NMOS t p = (,7 C / (K n (W/L) ) n. de entrada 2 2 k 3 k Eeito do an-out no atrao do tempo de propagação N To input o n other inverter To input o n other inverter C n Inveror que alimenta (drive) n inverore Circuito equivalente orn = orn = 4 Gnd Time (c) Tempo de propagação para dierente valore de n 2 6

7 Buer não-inveror (a) Implementation o a buer (b) Graphical ymbol 3 Buer Tri-tate e = e e = (a) Buer tri-tate (b) Circuito Equivalente e e Z Z (c) Tabela erdade (d) Implementação 4 7

8 Quatro tipo de buer tri-tate e e (a) (b) e e (c) (d) 5 Uma aplicaçao de buer tri-tate 2 Que circuito é ete?????????? 6 8

9 Tranmiion gate Z (a) Circuito (b) Tabela erdade = = Z = = (c) Circuito equivalente (d) Símbolo gráico 7 Porta Ecluive-OR 2 =?? 2 2 =?? 2 Tabela erdade Símbolo Gráico 2 =?? 2 Implementação em oma-de -produto 8 9

10 CMOS Ecluive-OR gate 2 =?? 2 implementação CMOS 9 Um multipleador 2-to- uando tranmiion gate 2 2

11 Um eemplo de um NOR-NOR PLA 2 3 S S 2 S Um Plano NOR Programável 2 n S S 2 S k (a) Plano NOR Programável e = e (b) Uma chave programável (c) tranitor EEPROM 22

12 2 3 4 S S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 PLA Programável NOR-NOR P P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 Uma PLA NOR-NOR PLA uada como SOP

13 2 3 4 P P 2 P 3 P 4 P 5 2 P 6 PAL programada para implementar dua unçõe 25 Tranitor de paagem em FPGA 2 A SRAM SRAM SRAM (to other wire) 26 3

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