Curso de pregrado Circuitos electrnicos III - UNFV
Curso de pregrado Circuitos electrnicos III - UNFV14 de mayo de
2014
Curso de pregrado Circuitos electrnicos III - UNFV14 de mayo de
2014
DISEO DE CIRCUITOS INTEGRADOS CMOS EN WINDKarina Paola,
Alatrista Sanchez
Ronald Ral, Brocca Martnez
Kevin Kennedy, Castillo Huerta
Ayrton Miguel, Navas Hinostroza
Andrs Guillermo, Tipe Tello
RESUMEN: Microwind es un programa de diseo y simulacin de
circuitos integrados a nivel fsico. Permite disear el circuito
desde el punto de vista de la fabricacin en Silicio (Si), sin ningn
tipo de abstraccin. En todo momento estaremos trabajando las
mscaras que se pueden utilizar en el Layout.Este programa nos
permite utilizar la tecnologa CMOS, donde podemos disear
transistores MOS, NMOS, PMOS, condensadores, resistencias, bobinas
y contactos. A todos estos componentes les podemos especificar
tanto sus dimensiones como su longitud de canal, adems con la
herramienta de simulacin nos permite comparar el comportamiento
esttico y dinmico del componente diseado.
Tambin decir que es un editor de mscaras, que permite el chequeo
de las reglas de diseo y tambin la extraccin de la netlist del
circuito en formato SPICE.
El ProgramaMicrowindpermite disear y simular un circuito
integrado a un nivel de descripcin fsico. El paquete contiene una
librera de lgica comn y circuitos integrados y analgicos para ver y
simular. Microwind incluye todos los comandos para editar las
mscaras como herramientas para ver el proceso en 2D, 3D y
compilador verilog. La extraccin de su circuito elctrico se realiza
de forma automtica y el simulador produce un voltaje analgico y las
curvas de corriente.
PALABRAS CLAVES: Wicrowind, compuertas lgicas, CMOS, inversor y
NAND1. INTRODUCCIN
La tecnologa CMOS en la actualidad es utiliza para la fabricacin
de circuitos integrados utilizados en aparatos electrnicos como
computadoras, celulares A partir de los conocimientos fundamentales
de la lgica combinacional, conjuntamente con la tecnologa CMOS Se
har una breve gua para realizar el diseo basado en la tecnologa
CMOS. Para este diseo se emplearn transistores tipo N MOSy p MOS.
Todos los diseos que se realizan en este documento estn realizados
en DSCHyMicrowin, programas que facilitan el diseo y la simulacin
de circuitos integrados.2. CMOSEl transistor MOS es bsicamente un
interruptor. Cuando se usa en la lgica de diseo de la clula, que
puede ser encendido o apagado. Cuando est activado, una corriente
puede fluir entre el drenaje y la fuente. Cuando est apagado, no
hay flujo de corriente entre el drenaje y la fuente. El MOS est
encendido o apagado en funcin de la tensin de puerta. En la
tecnologa CMOS, tanto de canal n (o nMOS) y MOS pchannel (o pMOS)
existen dispositivos. Los nMOS y pMOS smbolos se presentan a
continuacin.
El canal nMOS se construye a partir de polisilicio como el
material de puerta y N + difusin para construir la fuente y el
drenaje. El pchannel MOS se construye a partir de polisilicio como
material de puerta y P + difusin de la construccin de la fuente y
el drenaje. Los smbolos para la fuente de tensin a tierra (0 o VSS)
y la oferta (1 o VDD).
Figura1. Arquitectura de un CMOS3. DISEO DE COMPUERTAS
LOGICASPara disear una compuerta con tecnologa CMOSse debe conocer
cmo actan los transistores deMOSde canal n y p. Tanto los
transistores n MOS (canal N, sustrato P)comop
MOS(canalP,sustratoN)poseen los siguientes pines (drenador,
compuerta, surtidor). Su funcionamiento se basa en la creacin de un
canal entre el drenador y el surtidor, al aplicar una tensin en la
compuerta. Se forma una regin de inversin, es decir, una regin con
dopado opuesto al que tena el sustrato originalmente.
Figura 2. Transistores nMos y pMOS
El transistor n MOSes considerado un buen0 mientras que elp
MOSes considerado un buen 1
EnDSCH el orden de los pines est establecido, enMicrowind no hay
distincin entre el drenador y el surtidorpara facilidad y comodidad
del diseador.3.1. DISEO DE UNA ANDPara el diseo de la compuerta AND
se utilizan dos transistores n MOS en serie, se debe recordar la
tabla de funcionamiento y la activacin de los transistores.
Figura 3. Compuertas AND Utilizando transistores p MOS en lugar
de n MOS se obtiene la funcinF=A&B
3.2. DISEO DE UNA OR En el diseo de la compuerta ORse necesitan
dos transistores n MOS en paralelo. Al utilizar p MOS en paralelo
se obtiene:
F=A/B Figura 4. Funcin F=A/B p MOS en paralelo.3.3 DISEO DE UNA
NAND
Para disear una NAND se busca una combinacin nicamente en la
cual se active cuando las entradas sean un 1 lgico. Por lo tanto se
acopla dos Transistoresp MOS enparalelo, con dos n MOS en
serie.
Figura 5.NANDcon tecnologa CMOS
Entonces se dice que la compuertaNAND es la combinacin entre las
compuertas de las figuras 3 y 4.Una herramienta de mucha utilidad
enMicrowind es generar automticamente una compuerta lgica, mediante
la barra de tareas, compile, compile one liney en las opciones de
Ejemplos preestablecidos escoger nand2=/(a&b).Otra manera de
lograr conseguir un diseo que fue realizado enDSCH obtenerlo
enMicrowind se tiene la opcin de crear un archivo Verilogen DSCH y
despus compilarlo desdeMicrowind.
Figura 6.NAND generada CMOS Cell CompilerEn Microwind se puede
modificar las propiedades de la simulacin, es as que se asigna una
seal de reloj en las entradas para obtener 1s y 0s lgicos para
observar el comportamiento del circuito. Existe una opcin en la
cual se genera una seal aleatoria de reloj, poniendo r lo cual
significa random (aleatorio), esta opcin es muy til para una NAND
de 3 entradas .Otra propiedad de simulacin es poder observar los
valores de los componentes elctricos en un nodo4. MICROWIND
INVERSORa. Abrir el programa.b. Creamos un archivo y guardamos.c.
Vamos a file > select foundry se abrir una ventana donde
escribiremos cmos y aparecern iconos donde le daremos click a
cmos06 para poder realizar el diseo.d. Empezamos a crear los
materiales con la ayuda de la paleta del costado primero usamos el
P + DIFFUSION e. Colocamos una barra de POLYSILICON encima tal como
muestra la figura.f. Luego colocamos un N + DIFFUSION de color
verde abajo tal como lo muestra la figura. g. Colocamos barras de
metal 1 en la parte superior e inferior tal como lo muestra la
figura.h. Luego unimos el P+DIFFUSION con el N+DIFFUSION con una
barra de metal 1 tal como lo muestra la figura tambin cada barra
que se encuentran en la parte superior e inferior con cada
DIFFUSION respectivamente cerca.i. Aumentamos una barra de salida
para la barra de POLYSILICON y la que esta uniendo los cuadros de
DIFFUSION +N y +P tal como muestra la figura.j. En este paso
colocamos los contactos P y N respectivamente en cada DIFFUSION
respectivo.k. Esta ventana aparecer cuando colocamos el clock en la
barra de POLYSILICON solo tenemos que darle el tiempo del clock que
queramos para simular y le damos ok.l. Este cuadro aparece cuando
colocamos la salida en la barra demetal 1 lo cual solo tenemos que
darle ok click.
m. Aqu observamos la simulacin de nuestro diseo la cual la seal
de color verde es la entrada y la seal de color rojo la salida nos
muestra que cumple con lo pedido una seal de salida invertida de la
seal de entrada.5. MICROWIND NANDRepetimos de a hasta j.
k. En este paso colocamos las alimentaciones positiva y negativa
tambin las entradas (1 y 2) y salida lo cual de estas saldrn
ventanas para cada una.
l. Esta ventana aparecer cuando colocamos el clock en la barra
de POLYSILICON solo tenemos que darle el tiempo del clock que
queramos para simular y le damos ok. Ojo este cuadro aparecer las
dos entadas donde colocaremos de distinto pero ambos.m. Aqu
observamos la simulacin de nuestro diseo la cual la seal de color
verde y blanco son las entradas y la seal de color rojo la salida
nos muestra que cumple con lo pedido una seal de salida negada del
producto de las entradas.6. CONCLUSIONES
7. REFERENCIAS
i. [1] G. Obregn-Pulido, B. Castillo-Toledo and A. Loukianov,
A
ii. globally convergent estimator for n frequencies, IEEE
iii. Trans. On Aut. Control. Vol. 47. No 5. pp 857-863. May
2002.
iv. [2] H. Khalil,Nonlinear Systems, 2nd. ed., Prentice Hall,
NJ,
v. pp. 50-56, 1996.
vi. [3] Francis. B. A. and W. M. Wonham, The internal model
principle of control theory, Automatica. Vol. 12. pp. 457- 465.
1976..vii. [5] Control Toolbox (6.0), Users Guide, The Math Works,
2001, pp. 2-10-2-35viii. [6] http://www.microwind.net/Pgina 6
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