Massima frequenza funzionamento CMOS.

[Cesc99]

Salve a tutti Come si può calcolare la massima frequenza di funzionamento di un CMOS simmetrico? Intuitivamente ho capito cosa è ma non riesco a capire a cosa è legata e da cosa dipenda..E' giusto dire che "lamassima frequenza di funzionamento dell’inverter è pari al doppio del tempo di propagazione ".
Vorrei un confronto con qualcuno più preparato(sicuramente) di me. In ogni caso vi saluto e vi auguro una buona giornata

[gotthard]

La massima frequenza di funzionamento di una porta CMOS è legata a una figura di merito detta "prodotto ritardo-potenza" o PDP (power-delay product), data da:



dove:

- è il ritardo di propagazione

- è la potenza media dissipata dalla porta CMOS, la quale ha come maggior contributo la potenza necessaria a caricare-scaricare la capacità di carico C della porta, quindi la potenza dinamica, che è data dalla:



dove è la frequenza di commutazione.

Può essere utile questo disegno:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

La frequenza di commutazione è legata alla durata T dell' intero ciclo carica-scarica della capacità di carico C, dalla relazione:



Il periodo T deve soddisfare la:



dove è il tempo di salita (rise time) e quello di discesa (fall time).

Poi:

- considerando che e occupano circa l' 80 % del periodo T;

- assumendo un CMOS simmetrico, con uguali e , e ricordando che i tempi di salita e discesa sono all' incirca pari al doppio dei corrispondenti tempi di propagazione, cioè:

e



- consideriamo che .

Si ha quindi:







Da cui (dalla ):



Come vedi, quindi, la massima frequenza di funzionamento di un CMOS è all' incirca pari all' inverso di 5 volte il tempo di propagazione della porta.

[Cesc99]

Tutto chiaro,ho seguito passo passo e capito ciascun passaggio.Però,il mio dubbio è ho questa dimostrazione da te fatta e qualche altro pdf che dice che è il doppio del tempo di propagazione,come precedentemente scritto nel virgolettato. Non so chi dei due seguire,non voglio screditare ciò da te scritto,però vorrei sentire anche qualche altro parere..

[gotthard]

...qualche altro pdf che dice che è il doppio del tempo di propagazione,come precedentemente scritto nel virgolettato.

Così scritto non mi pare abbia molto senso..

Forse volevi dire che in questi pdf hai letto che la massima frequenza di funzionamento è pari all' inverso del doppio del tempo di propagazione, cioè:

?

Non so chi dei due seguire,non voglio screditare ciò da te scritto,però vorrei sentire anche qualche altro parere..

Certo, ci mancherebbe!

Anzi, a questo punto vorrei sapere anche io da dove viene fuori quell' espressione!

Credo provenga da un' approssimazione un po' più grossolana, ma non so..

[Cesc99]

Posso postare link del pdf,era preso dalle dispense di un prof universitario,se posso postare il link o il file provvederò a postarlo..

[gotthard]

se posso postare il link o il file provvederò...

Sisì, fai pure.

[Cesc99]

http://people.unica.it/massimobarbaro/f ... verter.pdf slide 87

[gotthard]

Prima dice, sbagliando:

Nel caso CMOS si può ricavare dalla formula della potenza, notando che la massima frequenza di funzionamento dell’inverter è pari al doppio del tempo di propagazione.

Poi però dalla formula si vede che considera , il che ha senso.

Non so dirti da dove venga questa formula, credo da un' approssimazione un po' grossolana che il professore (e sicuramente qualche libro) fa, ma non so dirti di più.

Ti ricordo che anche il metodo che ti ho fatto vedere al post [2] è approssimato, soprattutto perché come considera solo la potenza dinamica che serve a caricare-scaricare la capacità di carico C, tralasciando sia la potenza statica, sia la parte di potenza dinamica dovuta al "direct path" (percorso diretto) che si ha in quel brevissimo lasso di tempo, durante la fase di commutazione, in cui sia l' n-MOS che il p-MOS sono in conduzione (precisamente in saturazione) instaurando un percorso diretto, cioè cortocircuitando, tra massa e alimentazione.

Spesso, su svariati argomenti, ogni libro adotta diversi approcci, ottenendo anche risultati un po' diversi tra loro.

Sentiamo il parere di chi ne sa di più, però, comunque, ti consiglio, per quanto riguarda il superamento dell' esame, di seguire quanto ha detto il prof e il vostro libro di riferimento.

[Cesc99]

Hai pienamente ragione,e sinceramente credo più a ciò che tu hai dimostrato che a quello scritto in una frase. Ti sembrerà strano,ma durante il corso non se ne è mai parlato,nelle slide nemmeno ho trovato nulla,ho cercato sullo smith ma niente..Perciò sono andato un po' in crisi..Penso che andare a ricevimento dal prof,sia l'unica via percorribile per ottenere un riscontro..

[gotthard]

Penso che andare a ricevimento dal prof,sia l'unica via percorribile per ottenere un riscontro..

Sì, è sicuramente la cosa migliore da fare.

Nella mia spiegazione ho fatto riferimento alle slides del mio prof (che dovrebbero fare riferimento allo "Jaeger-Blalock"), però, dando un' occhiata ad altri libri, ne ho visti diversi che usano l' espressione usata nelle slides del tuo prof.

A mio parere si tratta di un diverso criterio di approssimazione della , e forse anche un po' troppo ottimista.

Infatti, guarda questo disegno dove ho mostrato graficamente il significato di ritardo di propagazione, definito come "la differenza tra gli istanti in cui i segnali di ingresso e di uscita raggiungono i rispettivi punti al 50 %".

Ho indicato con il ritardo di propagazione per la transizione H-L, e con il ritardo di propagazione per la transizione L-H.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dalla relazione , si può vedere che scrivere , significa assumere che l' intero periodo T sia approssimabile con (dove, per semplicità, si assume che ).

Però non mi sembra una gran approssimazione del periodo T.

Allora direi che, come ti ho fatto vedere al post [2], sia meglio approssimare T con la somma , visto che sia che sono circa uguali al doppio del tempo di propagazione.

Ad ogni modo, possiamo provare a scomodare IsidoroKZ, sperando che quando avrà un pochino di tempo possa dirci come stanno le cose