[PDF] Conception de circuits combinatoires Les différentes approches

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Conception de circuits combinatoires

Daniel Etiemble

de@lri.fr

M2 ISIC

2008-2009Fondements des systèmes numériques

D. Etiemble2

Les différentes approches

• Support : la technologie CMOS • La logique aléatoires : les portes de base - Bibliothèque de portes - Bibliothèque de cellules • La logique régulière - multiplexeurs - décodeurs • La logique programmable à deux niveaux - PALs - PLAs - ROMs • La logique programmable avec mémoires SRAM 2

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Portes et technologies CMOS

• Technologie CMOS et réalisation des fonctions logiques - Portes de base - Portes complexes - Portes de transmission • Caractéristiques électriques - Entrances et sortances - Caractéristiques dynamiques

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• Au début (RCA 1962) la grille était en Aluminium d'où le nom MOS : Métal/Oxyde/Semi-conducteur• Le MOS est parfaitement symétrique et on appelle SOURCE (d'électrons) le cotéle plus négatif (le plus positif pour les PMos)• Le substrat est mis àla masse (à V

ddpour les PMOS)

Source SDrain D

Grille G

SD substrat (bulk)Grille Oxyde

Semiconducteur

(Si O )2

Silicium dopé

La technologie MOS

3

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poly oxyde poly oxyde substrat oxyde diffusion substrat diffusion métal (aluminium)contacts

Un circuit intégré est une superposition de couches, semi-conductrices, conductrices ou isolante

Si O2

Coupe d'un transistor

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Equations (simplifiées) du transistor MOS

n+n+L (p) S G D n+n+ e W L (p) 2 2

Si 0, mode bloqué : 0

Si 0 < , mode linéaire

(2( ) )2

Si 0 < , mode saturé

2 gs t ds ds gs t ds gs t ds ds gs t ds ds gs t V V I V V V Cox W

I µ V V V VL

V V V Cox W

I µ V V

L 4

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Portes élémentaires en CMOS

p p nn n n pp np 0 1 11 1 00 1 0 1 01 0 00 1 +5 V 0 V 0 1 p np n 5 V 0 Va ba b 0 V

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4 vues d'une fonction logique

p p nn a bs 0VV dd

VddVdd0V0V

sss a b a b a b

LogiqueElectrique

Masque

symbolique

Masque

métré?? métal poly

Diffusion n

Diffusion p

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Portes logiques un peu plus complexes

nn p p nn p p a bc d n n n n pppp abcdV dd 0VV dd 0V Vdd 0V

EntréesSortie

Réseau

trans. P

Réseau

trans. N a b c d a b c d

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Réseau de transistors

Vdd 0V

EntréesSortie

ET logique

conduit si les

2 réseaux conduisent

OU logique

conduit si l'un ou l'autre (ou les deux) réseaux conduisentConduit si sa grille vaut 1 soit 2 réseaux en sériesoit 2 réseaux en parallèle soit 1 transistor

Réseau

trans. P

Réseau

trans. NRéseau trans. NRéseau trans. NRéseau trans. NRéseau trans. N 6

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Conception des portes complexes (1)

Equation logique?schéma électrique

Les transistors P sont utilisés

pour tirer à 1 et les transistors

N pour tirer à 0. Il n'y a pas

de perte de seuil

En conséquence les fonctions

réalisables sont des fonctions

DECROISSANTES des entrées

n p Vdd 0 V

Fonction identité

qui ne marche pas Vdd 0V

EntréesSortie

Réseau

trans. P

Réseau

trans. N

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Conception des portes complexes (2)

Vdd 0V

Entrées ESortie f(E)

Vdd 0 V

Réseau

P

Réseau

NRéseau

P

Réseau

N haute impédance correctes court circuit conduit conduit conduit si f(E) conduit si f(E) Un et un seul des deux réseaux N et P conduit à chaque instant. Les réseaux sont logiquement complémentaires. Comme l'un est en transistors P et l'autre en transistors N, les réseaux N et P sont duaux. Les deux réseaux ont les mêmes entrées et le même nombre de transistors. 7

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Conception des portes complexes (3)

Pour construire une porte complexe, on construit en premier le réseau de transistors N, avec les règles : Pour construire le réseau de transistors P on peut procéder de

3 façons :

1 - croiser les règles ci-dessous

2 - utiliser l'algèbre de Boole pour complémenter la fonction et

procéder comme pour les N

3 - utiliser une méthode graphique pour tracer le dual

du graphe N

ET - réseaux en série

OU - réseaux en parallèle.

a b c d e a bc d e c ed a b Vdd Vss

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Construction du dual

ET - transistors série

OU - transistors parallèles.

ET - transistors parallèle

OU - transistors série

Règle pour

le réseau N

Règle pour

le réseau P

F = (a ?b) ?c ?(d ?e)

F = ( a?b ) ?( c?d?e )Equation pour le réseau N

Equation pour le réseau P

Se souvenir que N tire à la masse, donc l'équation doit être complémentée, et P conduit pour un 0 donc les variables doivent

être complémentées

Méthode 1: croiser les règles

Méthode 2: complémenter

a bc d e c ed a bdd Vss V 8

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Portes complexes : améliorations électriques

Raccourcir les chemins

entre sortie et alimentation Minimiser la capacité parasite de sortieMettre plus près de la sortie les transistors activés le plus tard a b c ab a b c ab a bc ab a bc ab a bc ab aquotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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