Simulation digitaler MOS-Schaltungen auf Schalterebene unter Berücksichtigung des Zeitverhaltens:
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| Format: | Buch |
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 9]
250 |
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| Beschreibung: | Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 1996 |
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| adam_text | Titel: Simulation digitaler MOS-Schaltungen auf Schalterebene unter Berücksichtigung des Zeitverhaltens
Autor: Warmers, Heinrich
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Heinrich Warmers, Braunschweig Simulation digitaler MOS-Schaltungen auf Schalterebene unter Berücksichtigung des Zeitverhaltens Reihe 9 : Elektronik Nr. 250
v Inhalt 1 Einleitung 1 1.1 Simulation und Verifikation im Entwurfsprozeß .................. 3 2 Prinzipien digitaler MOS-Schaltungen 7 2.1 Der MOS-Transistor ................................. 7 2.2 Inverterschaltungen.................................. 11 2.3 Verallgemeinerte Inverterschaltungen........................ 15 2.4 Pass-Transistor-Logik................................. 16 2.5 Der Schwellspannungsabfall ............................. 19 2.6 Getaktete Schaltungen................................ 19 2.7 Schlußfolgerungen für die Simulation........................ 23 3 SL-Simulation - Stand der Technik 24 3.1 Grundlagen der SL-Simulation............................ 24 3.1.1 Bestimmung des Zielzustandes........................ 26 3.1.2 Erforderliche Signalstärken.......................... 26 3.1.3 Pessimismus in der Simulation........................ 27 3.2 Zeitmodelle zur digitalen Simulation ........................ 29 3.2.1 Verzögerungsfreie Simulation......................... 29 3.2.2 Einheits-Verzögerung............................. 29 3.2.3 Pseudo-Einheits-Verzögerung ........................ 31 3.3 Kontinuierliches Verzögerungsmodell........................ 31 3.3.1 Zuweisungsverzögerung ........................... 33 3.3.2 Computed-Delay-Modell........................... 33 3.4 Bekannte Verfahren zur Zeitbestimmung...................... 34 3.4.1 Analytische Invertermodellierung...................... 34 3.4.2 Tabellenmethoden .............................. 34 3.4.3 Empirische Gleichungsbestimmung..................... 35 ?3.4.4 Verzögerungsbestimmung durch Zeitkonstanten.............. 35 3.5 SL-Simulation mit diskreten Modellen........................ 36 •3.5.1 Das CSA-Modell nach Hayes......................... 36 ?3.5.2 LOGMOS - Ein Verfahren mit lokaler Relaxation............. 38 3.5.3 Signalflußbestimmung durch lokale Relaxation............... 38 3.5.4 Diskrete SL-Modelle nach
Bryant...................... 10
VI INHALT 3.5.5 MOSSIM ................................... 41 3.5.6 Beispiele zur Signalflußsimulation in MOSSIM............... 44 3.5.7 MOSSIM II.................................. 46 3.5.8 Signalflußbestimmung durch Wurzelpfade in MOSSIM II......... 46 3.6 SL-Simulation mit kontinuierlichen Modellen.................... 50 3.6.1 RSIM ..................................... 50 4 Switch-Level-Logiksimulation in BRASIL 58 4.1 BRASIL I, mit einem Graphen verfahren nach MOSSIM.............. 58 4.1.1 Implementation des MOSSIM-Algorithmus in BRASIL I......... 58 4.2 BRASIL II, ein algebraisches Verfahren nach MOSSIM II............. 59 4.2.1 Modifikationen in BRASIL II........................ 59 4.2.2 Erhöhung der Simulationsgeschwindigkeit.................. 60 4.2.3 Verbesserte Simulationsaussagen....................... 60 4.2.4 Verbesserte Pass-Transistormodellierung.................. 61 4.2.5 Automatische Stärkeneinteilung....................... 65 4.3 Simulationsexperimente ............................... 65 4.4 Bewertung....................................... 72 5 SL-Timing-Simulation in BRASIL 73 5.1 Anforderungen zur Timing-Bestimmung ...................... 73 5.2 Definition der Verzögerungszeit........................... 76 5.3 Transistormodellierung zur SLTS in BRASIL.................... 79 5.3.1 Ein entkoppeltes Transistormodell...................... 79 5.3.2 Diskretes Kapazitätsmodell ......................... 80 5.3.3 Effektive Widerstände............................ 82 5.3.4 Effektive Widerstände bei Sprunganregung................. 82 5.3.5 Effektive Widerstände bei Sprunganregung für ein RC-Modell mit Summenelementen ................................. 84 5.3.6 Effektive Widerstände bei Rampenanregung für ein RC-Modell mit Summenelementen ................................. 85 5.4 Untersuchung effektiver Widerstände bei Rampenanregung............ 86 5.5
Ereignisverwaltung.................................. 91 5.5.1 Signaldarstellung in BRASIL ........................ 92 5.6 Nullpegelberechnung................................. 94 5.7 Bestimmung des Schwellspannungsabfalls...................... 97
INHALT VII 6 Timing-Bestimmung mittels Relaxation in BRASIL III 100 6.0.1 MOS-Teilnetzwerk als lineares RC-Maschennetzwerk ...........100 6.1 Bestimmung der Lösungsfunktionen durch Relaxation...............102 6.2 Integration des Verfahrens in BRASIL III......................104 6.3 Simulationsbeispiele..................................106 6.4 Bewertung.......................................108 7 Timing-Bestimmung über Momente in BRASIL IV 109 7.1 Bestimmung der Schaltungskonfigurationen.....................109 7.2 Verzögerungsbestimmung in RC-Bäumen......................113 7.3 Bestimmung der Anstiegs-und Verzögerungszeiten ................116 7.3.1 Verfahrensgrundlagen.............................116 7.3.2 Verfahrensablauf und Fallunterscheidung..................117 7.3.3 Ladungsteilung................................119 7.3.4 Getriebene Pfade...............................121 7.3.5 Behandlung von leitenden Pass-Transistoren und Widerständen .....123 7.3.6 Nachbehandlung und Konfliktlösung....................125 7.3.7 Konfliktbearbeitung .............................126 7.4 Übersicht der Simulationsexperimente mit BRASIL IV..............129 7.5 Bewertung.......................................130 8 Funktionale Beschreibungen 134 8.1 Einleitung.......................................134 8.2 Realisierung der Funktionsblockschnittstelle....................135 8.3 Simulationsbeispiele..................................137 8.3.1 Simulationsbeispiel zur Timing-Simulation.................138 8.3.2 Simulation eines Phasenregelkreises.....................141 9 Zusammenfassung 145 10 Quellennachweis 148 A SL-Logiksimulation in BRASIL 160 A.l Grundlagen des BRASIL II-Verfahrens.......................160 A.l.l Eine Algebra der Wurzelpfade........................160 A.l.2 Berechnungsbeispiele.............................163 A.l.3 Lösungsalgorithmus..............................166 A.l.4 Inkrementelle Lösungsmethode
.......................168
VIII INHALT A. 1.5 Verfeinerter Lösungsalgorithmus und seine Datenstrukturen .......169 A. 2 Ergebnislisten zur SLLS mit BRASIL........................174 B BRASIL IV 184 B. l Elmore-Verzögerung und ihre Abwandlung.....................184 ? B.2 Bestimmung der Korrekturfunktionen........................187 B.3 Bestimmung der Zeiten bei getriebenen Pfaden...................193 B.4 Simulationsexperimente mit BRASIL IV......................195 B. 4.1 Inverterketten.................................195 B.4.2 NMOS-Testnetzwerk mit Inverter, Pass-Transistor und NAND-Gatter . . 198 B.4.3 NMOS-Flankendetektor zur Demonstration von Konflikten........201 B.4.4 CMOS-EXOR-Gatter.............................204 B.4.5 RC-Kette...................................206 B.4.6 Ladungsteilung................................209 B.4.7 Isolierter Knoten...............................211 B.4.8 NMOS-Schieberegister......... 212 B.4.9 NMOS-Volladdierer mit Pass-Transistoren.................214 B.4.10 NMOS-Zähler mit Pass-Transistoren ....................216 B.4.11 NMOS-Volladdierer mit Mischgattern....................218
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