Definición
El circuito es
Este dispositivo puede implementarse solo en tecnología MOS complementaria (CMOS) ya que requiere un transistor de cada tipo
Principio de funcionamiento
- Con
- Con
Consumo de potencia
No consume potencia cuando la salida está fija en un estado lógico
: , : ,
cuando ó - Lógica “rail-to-rail”:
llega a y a - Elevada
en cercanías de
Cálculo de
Para calcular
Despejando
Usualmente,
- Caso simétrico:
, lo cual implica
Depende de parámetros constructivos
Carga de un inversor CMOS
En un circuito digital CMOS la salida de cualquier compuerta está cargada por
- Compuertas lógicas subsiguientes
- Debe considerarse la capacidad de entrada de cada transistor conectado
- Capacidad del cable de interconexión
- Que conecta la salida con la entrada de las siguientes compuertas
- Capacitancia Drain-Body propia
En CMOS las cargas siempre son capacitivas
Consumo dinámico de potencia del inversor CMOS
Cuando
- La batería aporta energía (
) - El capacitor se carga
- PMOS disipa energía (
y ) - NMOS no disipa energía (
)
Cuando
- La batería no aporta energía (
) - El capacitor se carga
- PMOS no disipa energía (
) - NMOS disipa energía (
y )
Lo importante es la Energía disipada en cada transición
| Energía | Transición | Transición |
|---|---|---|
| Aportada por la batería | 0 | |
| Que se almacena en | ||
| Disipada en el NMOS | 0 | |
| Disipada en el PMOS | 0 |
La energía disipada en el ciclo completo es
La disipación de potencia, si el ciclo de conmutación completo toma lugar
Relación de compromiso fundamental entre velocidad de conmutación y consumo de potencia
, carga y descarga de más rápidamente , más carga a distribuir , más carga a distribuir
Para poder aumentar la frecuencia de trabajo, manteniendo el consumo (temperatura), se requiere
- Bajar
, equivalente a achicar los transistores - Bajar
, tiene doble peso, por tener una dependencia cuadrática
Tiempo de propagación
Tiempo de propagación: retraso entre las señales de entrada y salida de una compuerta; figura de merito clave de la velocidad
Para una tecnología del nodo
Los sistemas lógicos complejos tienen
Estimación de
Tiempo de propagación promedio
- Tiempo de propagación de alto a bajo (
)
- Tiempo de propagación de bajo a alto (
)
Considerando que $2~\mu_p = \mu_n$, $V_{Tp} \simeq -V_{Tn}$ y el caso simétrico: $k_n = k_p$, entonces $L_p = L_n$, $W_p = 2 W_n$ y recordando que $t_p = \frac{1}{2} (t_{PHL} + t_{PLH})$, obtenemos
Dependencias fundamentales del tiempo de propagación
* $V_{DD} \uparrow \implies t_p \uparrow$: Motivación para aumentar $V_{DD}$. Se diferencia con el consumo, en donde se busca reducir $V_{DD}$
* $L \downarrow \implies t_p \downarrow \downarrow$ (también baja $C_L$): Motivación para reducir el tamaño