Conception d'un registre statique CMOS

Encadrants : 

Occurrences : 

2012, 2013

Nombre d'étudiants minimum: 

2

Nombre d'étudiants maximum: 

2

Nombre d'instances : 

1

Conception, simulation, caractérisation et optimisation d'un registre statique CMOS.

Notions abordées

  • Modélisation et simulation au niveau électrique
  • Paramètres technologiques

Outils logiciels

  • Logiciel de simulation électrique

Travail demandé

  • En s'appuyant sur le cours d'ENI, concevoir hiérarchiquement la cellule registre statique à partir des cellules élémentaires suivantes:
    1. inverseur CMOS,
    2. interrupteur CMOS,
    3. bascule sur état.
  • Pour apprendre à mettre en oeuvre le logiciel de simulation, utiliser la page "simelec", et faire les exercices proposés au §2,
  • Effectuer la validation fonctionnelle et l'évaluation des performances des cellules élémentaires par simulation électrique,
  • Caractériser (Ce, tp0 et dtp) ces cellules par simulation électrique,
  • Caractériser le registre complet,
  • Constater que l'interrupteur CMOS pose des problèmes du point de vue de la valeur de sa capacité d'entrée, puis étudier l'inverseur 3 états,
  • Modifier le circuit initial du registre statique pour utiliser cet inverseur 3 états. Comparer les résultats des deux solutions,
  • Étude du registre à décalage 4 bits.

Les cellules élémentaire CMOS

les transistors

transistors PMOS et NMOS
  cmos

les cellules combinatoires

inverseur CMOS
  inv-sc   invcmos

 

  inv3e   inv3e-cmos   int   int-cmos
inverseur CMOS 3 états interrupteur CMOS

Cellules séquentielles: le registre

Le registre est une cellule logique séquentielle synchrone. Elle comporte une entrée de donnée "D" (signal standard), une entrée d'horloge "h" (signal CMOS), et une sortie "Q".

La caractérisation temporelle d'un registre diffère de celle d'une cellule combinatoire. Elle se compose d'un temps de propagation synchrone entre h et Q (tp0 et dtp), d'un temps de prépositionnement entre D et h (set-up-time), et d'un temps de maintien entre h et D (hold-time).

le registre et la caractérisation de ses temps de propagation
(exemple d'un registre sensible aux fronts montants)
reg.gif tpp-tmt-reg.gif

Le registre statique

le registre statique
reg-stat-basc.gif

Il s'agit d'une cellule composée de 2 bascules sur états, identiques. L'une est dite "maître" (B1) et l'autre "esclave" (B2).

La génération des commandes est réalisée à l'intérieur de la cellule à partir de l'horloge externe h.

Dans chaque bascule, la mémorisation est réalisée par un point mémoire statique à 2 inverseurs en montage "tête bêche". Chaque bascule peut être réalisée soit avec des interrupteurs et des inverseurs CMOS soit avec des inverseurs 3 états.

bascule sur états: 2 réalisations

basc.gif basc-int.gif basc-inv3e.gif
bascule: symbole bascule à interrupteurs bascule à inverseurs 3 états