参考书:数字集成电路-电路、系统与设计,本文栏目对其重点进行精简化
静态CMOS:稳态时,通过低阻路径连接VDD或GND
互补CMOS:上下网络互补,上拉到VDD,下拉到GND。管子数为2N
传输管逻辑:上拉网络用其他代替,有比逻辑,存在VTH。管子数为N+1
动态CMOS:依靠高阻抗上的电容存储临时的信号。管子数为N+2
1. 综述
结构如下,
工作方式:工作分为两个阶段
预充电:CLK=0,Mp导通,对CL充电
求值:CLK=1,MN导通,OUT和GND之间存在低阻通路。
特点:
全电压摆幅
无比逻辑(同互补CMOS,异传输管逻辑)
噪声容限低。因为out在预充电阶段已经充电到VDD,即VDS已经满足>VOV,于是只要VIN>VTH,管子就会导通。
需要预充电和求值的时钟。
较快的开关速度。原因如下,
相对互补CMOS,缺少了上拉网络的一个门,相对负载是互补CMOS,负载是动态门的CL比较小
动态门没有短路电流(同一个时刻,只能一个导通),由下拉网络提供的所有电流都用于CL电容的放电
如果IN=0,则不存在输出延时(预充电完输出即为1);如果IN=1,则需要CL放电
晶体管重复利用,减小面积(多输出多米诺)
优点:
提高速度
减小面积(多输出多米诺;N+2个管子)
没有短路功耗
没有毛刺(因为一次只能翻转一次,CL放电完只能等效下一次预充电才能回到1)
2. 存在的问题——信号完整性问题
电荷泄露
来源:与CL相连的管子存在反偏二极管和亚阈值漏电。
解决办法:使用泄露晶体管
反馈形式的伪NMOS型上拉器件。
该晶体管为了减小功耗和尺寸,一般选用尺寸较小(电阻值大)的管子。
电荷分享
来源:下拉网络中存在的节点电容CA。当A=0-》1、B=0,则原本存储在电容CL上的电荷在CL和CA之间重新分配,造成输出电压有所下降
※需要满足A=0-》1、B=0才能进行电荷分享,否则当B=1的时候,求值过程中(CLK=1),CL存储的电荷将全部被释放掉,不存在点电荷分享现象
3. 多米诺逻辑
多米诺逻辑即为前文所述的串联动态门,目的就是保证预充电时,输入均为0;求值时,输入只做0→1的翻转
$$ \text { 多米诺逻辑 }=n \text { 型动态门 }+\text { 反相器 } $$
初始状态均为0,求值的时候根据前一级输出确定下一级输入,从而求下一级输出。
特点:
求值层层传播,如多米诺骨牌
求值阶段的时间取决于逻辑深度(因为求值时候的特性,见上)
只能实现非反向逻辑
无比逻辑
节点需要在预充电充完电,求值的过程中,输入需要特别稳定。
速度非常快(因为当上一级的输入都是0时,下一级相当于无延迟传播)
输入电容小(和互补CMOS比,只有一个管子)
4. 组合多米诺逻辑
组合多米诺逻辑,并不需要在每个动态门之后加反相器,而是借助一个复合互补CMOS门将多个动态门组合起来。
eg:
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