Esercitazione di Elettronica Digitale Prof. F. Iannuzzo - A.A. 2013/2014 STADI DI INGRESSO Introduzione Gli stadi di ingresso dei circuiti integrati sono caratterizzati da una rete a resistore e diodi e da un circuito Trigger di Schmitt. La prima parte del circuito provvede a limitare le tensioni di ingresso pericolosamente alte o basse. La seconda parte riduce le transizioni multiple del segnale a causa del rumore sovrapposto al segnale di ingresso. Trigger di Schmitt Si inizierà a progettare e simulare il comportamento del circuito Trigger di Schmitt. In figura è riportato il circuito, a cui mancano i dimensionamenti geometrici, e qui di seguito ne è riportato il listato. a) Si rediga il seguente circuito SPICE, riconoscendone le parti essenziali. Si noti l’impiego della keyword .PARAM per definire dei parametri da cui dipende la simulazione. Si simuli la caratteristica isteretica. SCHMITT.CIR - Schmitt trigger used in input stages * includes the library .LIB CMOS_0.05.lib * technology-dependent parameters .PARAM LAMBDA = {50n} .PARAM LAMBDAQ = {pwr(LAMBDA,2)} * design-dependent parameters .PARAM WA = {4*LAMBDA} .PARAM WB = {4*LAMBDA} .PARAM WC = {4*LAMBDA} .PARAM WP = {10*LAMBDA} * ------------------------------.subckt TRIGGER Vdd Vi Vo MP Vo Vi Vdd Vdd pmos + W={WP} L={LAMBDA} + As={WP*7*LAMBDA} Ps={2*(WP+7*LAMBDA)} + Ad={WP*7*LAMBDA} Pd={2*(WP+7*LAMBDA)} MA Vo Vi 1 0 nmos + W={WA} L={LAMBDA} + As={WA*7*LAMBDA} Ps={2*(WA+7*LAMBDA)} + Ad={WA*7*LAMBDA} Pd={2*(WA+7*LAMBDA)} MB Vo 2 1 0 nmos + W={WB} L={LAMBDA} + As={WB*7*LAMBDA} Ps={2*(WB+7*LAMBDA)} + Ad={WB*7*LAMBDA} Pd={2*(WB+7*LAMBDA)} MC 1 Vi 0 0 nmos + W={WC} L={LAMBDA} + As={WC*7*LAMBDA} Ps={2*(WC+7*LAMBDA)} + Ad={WC*7*LAMBDA} Pd={2*(WC+7*LAMBDA)} 1 * auxiliary inverter MPn 2 Vo Vdd Vdd pmos + W={10 * LAMBDA} L={LAMBDA} + As={10*7*LAMBDAQ} Ps={(10+7)*2*LAMBDA} + Ad={10*7*LAMBDAQ} Pd={(10+7)*2*LAMBDA} MNn 2 Vo 0 0 nmos + W={4 * LAMBDA} L={LAMBDA} + As={6*7*LAMBDAQ} Ps={(6+7)*2*LAMBDA} + Ad={6*7*LAMBDAQ} Pd={(6+7)*2*LAMBDA} ; Due to contact, source area is minimum 6 x 7 ; Due to contact, drain area is minimum 6 x 7 .ends * ------------------------------* Main circuit Xtrig 10 1 2 TRIGGER Vdd 10 0 ; 10 is Vdd, 1 is Vi and 2 is Vo 0.7V * emulates a DC analysis Vi 1 0 PWL 0s,0V 10ns, 0.7V, 20ns, 0V .TRAN 0 20ns 0 1ps .PROBE .END Per visualizzare la caratteristica di ingresso-uscita, si cambi la variabile X in V(1), e si visualizzi V(2). b) Si noterà come la caratteristica di isteresi non è simmetrica rispetto a Vdd/2. Si studi una possibile combinazione delle larghezze di canale di MA, MB e MC al fine di simmetrizzare al meglio la caratteristica [Suggerimento: cosa accade se si rende W(MC) sufficientemente grande?] 2 c) si implementi in Micro il layout del circuito, utilizzando la figura qui in alto come riferimento, ma impiegando le dimensioni calcolate di MA, MB e MC. Si verifichi il comportamento applicando un segnale periodico all’ingresso. d) si esporti la netlist e si risimuli il circuito in SPICE, al fine di verificare la corrispondenza con le aspettative progettuali. e) E’ opportuno eseguire anche una verifica dinamica sull’immunità al disturbo. Per il segnale di ingresso, si impieghi la seguente rete: ... Vi1 Vi2 ... 1a 0 1 1a PWL 0s,0V 10ns, 0.7V, 20ns, 0V ; parte a rampa SIN 0V 50mV 1GHz Completamento dello stadio di ingresso e) si completi la simulazione SPICE dello stadio di ingresso, impiegando per i diodi il seguente modello: ... .MODEL DCLAMP D(IS = 1e-16) ... che viene impiegato come segue: ... * diodes and resistor R PAD 1 100 ; Ohm D1 1 10 DCLAMP D2 0 1 DCLAMP ... e per l’impulso esterno un segnale di alta tensione: ... * High voltage external signal Vi PAD 0 PULSE -2V 3V 1ns 1ns 1ns 10ns 20ns ... f) si integri il layout del trigger di Schmitt aggiungendo i due diodi e il resistore, nonché un piccolo (!) pad metallico di 10m x 10m. 3