当前课程知识点：数字集成电路分析与设计 > Exercise II > 4. Problem 11 > Video
好的
下面我们来解答第十一题
这就是第一题
我们有一个这样的动态电路
这是一个预充电的晶体管
这是求值晶体管
所以这是一个动态逻辑电路
对于这个电路我们有一个预充电晶体管
和一个求值管
也就是P型逻辑动态电路
所以11题让我们考虑一个动态逻辑电路
如图11所示
然后解释M1晶体管的作用
所以这是什么意思呢
它的功能又是什么
是否有别的办法达到同样的效果
但是可以减少时钟的负载电阻呢
这是第一个问题
第二个问题是问
如何重新安排晶体管来加速求值阶段
也就是说
不增加
删除晶体管也不改变尺寸
这就是第二个问题
第三道题是问
可不可以用同样的方法加速求值G的阶段
并解释原因
下面请仔细思考
再回来听我的分析
首先让我们回顾一下动态电路
这是一个非常典型的动态电路
被称为N型逻辑动态电路
并且所有的计算功能都集成在PDN中
这里的Mp晶体管代表求值晶体管
抱歉
是预充电晶体管
而这个Me晶体管中的e
表示的就是求值晶体管
这里我们有许多输入
所以这就是一个N型逻辑动态电路
这里我们有两个阶段
第一个阶段当Me截止时
整个下拉网络都不被导通
此时时钟等于0
而Mp被开启
这被称为预充电阶段
预充电意味着Vout的电容CL
会被充电一直到达到电源电压
这被称为预充电阶段
发生在始终等于0的时候
当时钟等于1的时候
Mp就不再导通
而求值晶体管被开启
此时CL会有条件的通过PDN放电
这取决于In1 In2和In3的值
所以这就是两个阶段
对于输出
当输出的动态门被放电
直到下一次预充电阶段都不会再被充电
这也意味着在求值阶段
当输出电容被放电
比如说从高电位到低电位
它就不会再回到1
直到下一次预充电阶段到来
输入最多只能翻转一次
这是因为后一级PDN的输入
等于前一级动态电路的输出
同时在求值阶段输出会处在高阻态
这是因为如果求值晶体管关断
抱歉
如果PDN在求值阶段
其中的晶体管会开启
然而如果PDN关断
因此CL将会处在高阻态下
对于动态电路的传输门的基本特征是
它的逻辑仅仅由PDN来实现
因此它的面积会很小
更快的开关速度也会得到更好的性能
当然整体的功耗一般比静态CMOS电路要高
属于高功耗结构
它的静态特性包括了输出可以达到全摆幅
同时也是无比逻辑电路
同时 一旦输入信号达到了阈值电压
PDN就开始工作
它的动态特性包括了很快的开关速度
预充电时间是要被考虑的对吧
下面 我将给你们展示一些动态电路的例子
例如
这是一个动态NMOS反相器
这是它的预充电晶体管
这是它的求值晶体管
除了NMOS反相器之外
我的意思是NMOS动态多及电路
我们还有PMOS动态电路
例如这个
对于这个例子
NMOS晶体管
起到了预充电晶体管的作用
我们可以称它为预充电晶体管
而这个管子起到了求值晶体管的作用
而这是NMOS逻辑的另一个例子
所以我们不仅仅有N型逻辑
还有P型逻辑
根据这些背景知识
我们回到问题中
你可以看到
这个晶体管的功能
这个M1
所以这是一个P型逻辑
也就是说所有的计算功能都由PUN
上拉网络来完成 对吧
所以实际上这个结构
是用来完成预充电阶段还是预放电阶段
都无关紧要
当这个被开启
因此内部电荷将会通过这个晶体管放电
所以这就是M1晶体管的功能
所以我们看到M1的功能
实际上是对内部节点到地放电
在预放电阶段
要完成这个过程还有另一个方法
为了实现相同的功能
电路如图所示
实际上我们并不需要使用晶体管M1
但是如果我们用这个晶体管
内部节点会被尽可能最快的预防电
同样对于第二题
我们怎么才能通过重新安排晶体管
来加速对F的求值阶段呢
所以你可以回过头来看这个
你可以看到在这个电路中我们的PDN中
最多有3个晶体管在堆栈中
实际上
我们并不希望晶体管堆叠起来
因为如果堆叠起来
它们的阻抗将很高
换句话说
它们的逻辑努力将会变高
所以我们该怎么优化呢
我们可以重新安排晶体管的位置
最后我们发现
F等于（a逆与b逆或c逆）
与（a逆或b逆）
可以变换为
或（（a逆或b逆）再与c逆）
因此我们可以发现
这个管子可以变换到这里
这是预充电晶体管
这是求值晶体管
这里在在求值阶段的PDN里
我们最多只有2个NMOS晶体管堆叠在一起
与之前相反
之前我们有三个晶体管堆叠
因此我们做了这样的变化优化了阻抗
最后一题中
如果我们用同样的办法加速G的求值是否可以
这里我们不能用这样的方法加速G的求值
这是因为表达式中包含了F
因此不能再简化了
所以这就是第11题的解答
-1
--文档
-1.Introduction to Digital IC
--Video
-2.Architecture of Digital Processor
--Video
-3.Full Custom Design Methodology
--Video
-4.Semicustom Design Methodology
--Video
-5.Quality Metric of Digital IC
--Video
-6.Summary and Textbook Reference
--Video
-7.HW--作业
-7.PPT
--补充材料1
--补充材料2
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Introduction
--Video
-2.The Diode
--Video
-3.The MOSFET Transistor
--Video
-4.Secondary Effects
--Video
-5.Summary and Textbook Reference
--Video
-6.HW--作业
-6.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Introduction
--Video
-2.Static Behavior
--Video
-3.HW--作业
-3.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Dynamic Behavior I
--Video
-2.Dynamic Behavior II
--Video
-3.Power Dissipation
--Video
-4. Summary and Textbook Reference
--Video
-5.HW--作业
-5.PPT
--补充材料
-1.Introduction
--Video
-2.Static CMOS Design I
--Video
-3.Static CMOS Design II
--Video
-4.HW--作业
-4.PPT
--补充材料
-Key Points Review of Last Lecture
--Video
-1.Static CMOS Design III
--Video
-2.Static CMOS Design IV
--Video
-3.Dynamic CMOS Design
--Video
-4.Summary
--Video
-5.HW--作业
-5.PPT
--补充材料
-1.Introduction I
--Video
-2.Introduction II
--Video
-3. Static Latches and Registers I
--Video
-4.Static Latches and Registers II
--Video
-5.Static Latches and Registers III
--Video
-6.HW--作业
-6.PPT
--补充材料
-1.Key Points Review
--Video
-2.Dynamic Latches and Registers I
--Video
-3.Dynamic Latches and Registers II
--Video
-4.Dynamic Latches and Registers III
--Video
-5.Pulse Register
--Video
-6.Pipelining
--Video
-7.Schmitt Trigger
--Video
-8.Summary and Textbook Reference
--Video
-9.HW--作业
-9.PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Adder: Full Adder (Definition)
--Video
-3. Adder: Circuit Design
--Video
-4. Adder: Logic Design I
--Video
-5. Adder: Logic Design II
--Video
-6. Adder: Summary
--Video
-7.HW--作业
-7.PPT
--补充材料
-1. Key Points Review
--Video
-2. Multiplier
--Video
-3. Shifter
--Video
-4. Summary and Textbook Reference
--Video
-5. HW--作业
-5. PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Capacitance
--Video
-3. Resistance
--Video
-4. Electrical Wire Models
--Video
-5. Summary and Textbook Reference
--Video
-6. HW--作业
-6. PPT
--补充材料
-1. Introduction
--Video
-2. Capacitive Parasitics
--Video
-3. Capacitive Parasitics II
--Video
-4. Resistive Parasitics
--Video
-5. Summary and Textbook Reference
--Video
-6. HW--作业
-6. PPT
--补充材料
-1. Assignment Solving
--Video
-2. The teaching assistants want to say
--Video
-1. Problem 1
--Video
-2. Problem 2
--Video
-3. Problem 3
--Video
-4. Problem 4
--Video
-5. Problem 5
--Video
-6. Problem 6
--Video
-7. Problem 7
--Video
-1. Problem 8
--Video
-2. Problem 9
--Video
-3. Problem 10
--Video
-4. Problem 11
--Video
-5. Problem 12
--Video
-6. Problem 13
--Video
-7. Problem 14
--Video
