Generador de pulso de reset

Circuitos Microelectrónicos

Jesús Pardal Garcés Marc Tena Gil 28/9/2010

Índice

Título…………………………………………………………………….1

Índice………………………………………………………………….…2

Síntesis de un generador de pulso. ................................... 3

Trigger Schmitt ............................................................... 7

Bibliografía ...................................................................... 18

Síntesis de un generador de pulso.

El trabajo a realizar es un generador de pulsos basado en un Trigger

Schmitt. El primer paso, y la base de esta memoria es el diseño FULL-

CUSTOM del inversor Trigger Schmitt. A continuación, atendiendo al

esquemático que se nos proporciona(Figura 4), hay que hacer el

dimensionado de los transistores para cumplir las restricciones temporales

del generador de pulsos.

Primero detallaremos las especificaciones de todo el circuito y tras ello

empezaremos a desarrollar cada parte.

TRIGGER SCHMITT

La funcionalidad de un inversor Trigger Schmitt es la de evitar los cambios

involuntarios de los niveles de tensión de una señal debido a las

variaciones por ruido. Un inversor normal y corriente produce el salto de 0

a 1 lógico o viceversa cuando la tensión pasa por

; en cambio el

Trigger Schmitt presentas un ciclo de histéresis, es decir, no invierte su

salida a menos que a su entrada se alcance cierto umbral de tensión

menor en el caso que estemos en un nivel alto, o hasta que alcance un

umbral de tensión superior en el caso de un nivel bajo.

La figura de la siguiente página resulta bastante esclarecedora.

Figura 1: Gráfica comparativa inversores

Las especificaciones para el T.S. hacen referencia a los umbrales de

tensión de la histéresis:

Figura 2: Esquemático del T.S.

Figura 3: Función de transferencia del T.S.

Una vez concretado el Trigger Schmitt pasamos a ver el generador de pulsos de reset.

Figura 4: Esquemático del generador de pulso

Consiste en la carga controlada de un condensador (C1) para poder inicializar un sistema electrónico digital o poder reiniciarlo cuando se desee. Como viene explicado en el enunciado el transistor M3 está siempre en conducción (zona lineal) cargando el condensador, teniendo un nivel alto a la salida del Trigger Schmitt. Cuando se quiere generar el reset se activaría lo que en el esquemático aparece como la fuente de Reset, activando el TRT M1, dejando un camino hacia tierra muy poco resistivo para que el condensador consiga descargarse a pesar de que M3 intente la tarea contraria, y finalmente producir un nivel alto a la salida del circuito. Especificaciones:

Un pulso de inicialización, para un Power-On-Reset, de un ancho no inferior a 40 nS. Una reinicialización, a través de un pulso a nivel bajo de Reset, de ancho inferior a 4 nS. Compatibilidad con las Reglas de Diseño AMS de 0.35 μm.

Figura 5: Especificaciones temporales pulsos de reset

Trigger Schmitt El procedimiento a seguir es el siguiente: En primer lugar haremos un esquemático del Trigger Schmitt para simular el inversor, comprobar su correcto funcionamiento y ajustar sus características. Tenemos dimensionamiento mínimo para los transistores P1, P2 (1,2 x 0,35) y N1, N2 (0,4 x 0,35); como se puede observar hemos compensado los transistores P con un área del triple que los N para obtener una respuesta simétrica de esta parte, pues los electrones tienen una movilidad entre 2 y 3 veces superior a la de los huecos (ganancia intrínseca entre 2 y 3 veces mayor del material tipo n que el tipo p por lo dicho). **Observar figura 3 para lo notación de los TRT

Figura 6: Esquema eléctrico del T.S. en el CADENCE

Los transistores P3 y N3 serán dimensionados para obtener los umbrales

de inversión pedidos en el enunciado mediante una simulación

paramétrica; inicialmente haciendo un barrido más grueso y con pocos

valores, y una vez localizados los valores próximos a los exigidos, se hace

un barrido paramétrico más fino hasta encontrar un valor aceptable de

los niveles de tensión.

La siguiente captura de pantalla muestra los valores definitivos de los

anchos, que será de 9 para el P3 y de 2 para el N3.

Figura 7: Valor finales del dimensionado para los umbrales

A continuación presentamos las simulaciones y sus detalles para obtener

los umbrales. En las figuras más detalladas se aprecia la comparativa entre

el diseño original y el diseño FULL-CUSTOM extraído que presentaremos

más adelante.

Figura 8: Simulación del Trigger Schmitt

Figura 9: Detalle de las formas de onda

Figura 10: Umbral superior (VTN = 2,5 V)

Figura 11: Umbral inferior (VTP 0,6 V)

Una vez que el T.S cumple especificaciones creamos un símbolo para

poder trabajar con él más adelante.

Figura 12: Símbolo del Trigger Schmitt

Las figuras 13 y 14 muestran el diseño del layout con la tecnología AMS

de 0,35 micras con el software de CADENCE.

Cabe comentar que el layout se intenta diseñar lo más simétrico posible y

minimizando el área que ocupa.

Tras el diseño del layout se hace la extracción del diseño de manera

automatizada la cual reconoce los transistores que se han dibujado, así

como los elementos parásitos por no ser componentes ideales.

Tras ello, con la herramienta LVS podemos detectar posibles errores por

las discrepancias entre el diseño que pretendemos hacer y el final.

Como último paso falta hacer un nuevo testbench para simular

conjuntamente el diseño original y la extracción del layout, en el cual se

apreciarán los efectos de los elementos parásitos (observar figuras 8, 9,

10, 11).

De todo este procedimiento tampoco cabe comentar mucho más pues las

explicaciones de los procedimientos empleados y de diseño aparecen en

los guiones de las prácticas de clase.

Figura 13: Layout del Trigger Schmitt

Figura 14: Extracción del layout

Figura 15: Extracción del layout

Para terminar nos falta hacer un testbench del circuito de aplicación del

Trigger Schmitt, para dimensionar primero los transistores y cumplir las

especificaciones temporales, y posteriormente compararlo con otro

testbench empleando nuestro T.S. extraído.

Figura 16: Testbench de la resimulación

Figura 17: Resultados obtenidos

Se puede apreciar como durante el pulso de reset el condensador se

descarga prácticamente del todo y empieza a cargarse (color cian) tras la

desactivación de dicha señal. Pasando la salida a nivel alto durante la

descarga y a nivel bajo cuando la tensión en el condensador llega al

umbral superior (2,5 V) del Trigger Schmitt.

Comentar finalmente que se observa como la curva de la salida del T.S.

que hemos diseñado es algo más lento debido a los efectos parásitos

comentados anteriormente (resistencias y capacidades extras).

Figura 18: Ancho del pulso de Reinicialización

En la figura se puede ver en la parte inferior derecha el ancho del pulso de

Reinicialización medido con los cursores que nos ofrece el software para

facilitarnos el trabajo (4,01 ns).

Figura 19: Ancho del pulso de Inicialización

Al igual que en la imagen anterior, podemos medir el ancho del pulso que

en este caso son 40,64 ns.

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/

Apuntes de la asignatura Circuitos Microelectrónicos,

Antonio Rubio. Diseño de circuitos y sistemas integrados. Edicions UPC,

Barcelona, 2003