и перекрестных искажений. Высокая помехоустойчивость нужна для получения требуемого выхода годных структур в современных технологических процессах, которые все еще не дают точно контролируемого порогового напряжения. Таким образом, требование к помехоустойчивости будет уменьшаться при улучшении технологии.

16.3.2. УЗЛОВАЯ ЕМКОСТЬ

Передаточные характеристики строятся для статического состояния, т.е. для равных токов через транзистор и нагрузку, и не могут быть применены для высокоскоростных переходных процессов. Переключение выхода инвертора с низкого уровня на высокий и наоборот связано с зарядом емкостей выходного узла. Эти емкости включают в себя (рис. 16.9й): емкости затвор-исток и затвор-сток: и С, емкости канала Сад емкость нагрузки С„, входную емкость С последующего логического элемента или элементов и паразитную ("блуждающую") емкость . Заряд, накопленный на выходном узле,

евых=(Сс„+Сз,+СБ)£/з,,,+Сз,(С/з,,,-Ц,,)-С„(/„-[/з„,). (16.21)

Условие сохранения заряда требует, чтобы вьшолнялось соотношение

dQsbJdt = CidUJdt =J~I, (16.22)

«вых = + з*с + + + вх (16.23)

представляет собой обобщенную емкость узла (рис. 16.96). Эффективная емкость затвор-сток

Сз*=С (1- -

(16.24)

несущественно отличается от геометрической емкости, так как верно неравенство -/вх/вых ~ f/max 1- случае мы столкнулись с эффективной емкостью затвор-сток со стороны стока. В известном эффекте Миллера, который рассматривает емкость затвор-сток со стороны затвора, С*, увеличивается в {1+Кц) раз. Эффект Миллера касается вклада во входную емкость со стороны входного затвора следующего каскада. Изменениями емкостей и С в зависимости от напряжения t/gx здесь пренебрегается как эффектами второго порядка, но они должны быть учтены при более точном машинном расчете [9].

i 4г и.

-оУвы«

Рис. 16.9. Базовая схема инвертора: а - учтены емкости; б - для анализа переходных процессов емкости объединены в емкость выходного узла

Рис. 16.10. Отделение составляющей емкости, зависящей от ширины W, от постоянной емкости, эквивалентной емкости транзистора с = = 7 мкм. Экспериментальные значения взяты из работы [24]

Полностью емкостное входное сопротивление каскада или каскадов, к которым подключен выход инвертора, не учитывает ток проводимости через прямосмещенный затвор в виде диода Шотки или р-«-переход. Этот

ток проводимости может быть учтен в результате шунтирования емкости на рис. 1б.9а и емкости Сд на рис. 16.96 с помощью прямосмещен-ного диода. Этот учет необходимо производить для логических элементов на ПТ с непосредственными связями, если п-зишах которое равно приблизительно 0,7 В для диодов Шотки и 1,2 В для затвора в виде р+-п-перехода.

Некоторые из емкостей, входящих в емкость выходного узла, пропорциональны ширине контактов транзистора W, в то время как другие (например, продольная краевая емкость между контактами стока и истока) - не пропорциональны. Емкость определяется из графика зависимости произведения

(где здр - время задержки) от Идля той же цепи с транзисторами

разной ширины W (рис. 16.10) [24]. Используя абсциссу точки ЙО) можно графически определить сумму постоянной и переменной емкостей, где переменная составляющая является функцией ширины W. При анализе топологий двух схем с Йо =6,4мкм и Wo =7,8 мкм используются абсциссы точек пересечения обеих экспериментальных прямых с координаторной осью. Прямые построены как зависимости переменной составляющей от ширины в пренебрежении постоянной составляющей.

16.3.3. ВРЕМЕНА НАРАСТАНИЯ, СПАДА И ЗАДЕРЖКИ

На рис. 16.11 показан отклик инвертора на импульс напряжения. Интервал времени, в течение которого напряжение на выходе микросхемы переходит от высокого уровня (0,9) к низкому (0,1), называется временем спада при включении микросхемы. Интервал времени, в течение которого напряжение на выходе микросхемы переходит от низкого уровня (0,1) к высокому (0,9), называется временем нарастания др при включении микросхемы. Интервал времени между входным и выходным импульсами при переходе напряжения высокого уровня к напряжению низкого уровня, измеренный на уровне 0,5, называется временем задержки распространения сигнала при включении микросхемы t. Аналогично определяется время

Рис. 16.11. Определение времени нарастания, спада и задержки

задержки

распространения сигнала

.1 .0,1

при выключении микросхемы ?здр-

- 50% Интервал времени, равный полусум-/(7% ме времен задержки распространения сигнала при включении логической микросхемы, называется средним временем задержки распространения. Время задержки представляет основной интерес в системах с большим числом ЛЭ, включенных последовательно. Общее время задержки системы от входа до выхода равно в этом случае времени задержки элемента, умноженного на их число. Прямые измерения /здр, нар сп описаны в литературе [4]. Однако время задержки на вентиль обычно определяется косвенно путем измерения частоты генератора /о, состоящего из нечетного числа инверторов Nf, соединенных по схеме кольцевого генератора. Время задержки рассчитывается как

= l/(27V/o).

(16.25)

Цепочка инверторов генерирует почти симметричный выходной импульс, который представляет собой сигнал, полученный вследствие усиления напряжения и растягивания из-за конечных времен спада и нарастания инвертора. Переходный процесс tj,ix изменении U получен в результате ин-

тегрирования уравнения (16.22):

(16.26)

Bbix(f

где /ц и /.J, - мгновенные токи статического состояния, которые являются функциями t/gjjx (О ; т ~ функция величины С/д (О Переход выходного напряжения к высокому уровню вызван зарядом емкости узла через нагрузку (/„>/.j.-0), тогда как переход к низкому уровню вызван разрядом емкости узла через транзистор {1.>1). Времена нарастания t и спада получены путем введения соответствующих величин для Ujit =0} и C/gjx (г) , а именно:

tBbixCf =0)=t/« +0,1 iU-U) и и

(нар)=4ых- 0.1(4ых-вых)

ДЛЯ времени нарастания и

Определение параметров t, t и р приведены согласно ГОСТ 19480-74. В оригинале применяются термины "логическая единица", "логический нуль", "время задержки". - Прим. персе.