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第9章时序电路(半导体集成电路共14章)
半导体 集成电路学校：西安理工大学 院系：自动化学院电子工程系 专业：电子、微电 时间：秋季学期1第9章 时序电路（触发器）2内容提要引言 ? 锁存器 静态锁存器 动态锁存器 ? 寄存器 ? 施密特触发器?3一、引 言Inputs 组合逻辑 Outputs输出直接与输入的某种逻辑组合相关存储元件 Inputs逻辑电路Outputs输出不仅与当前输入，而且与前一个输出相关电子工程系 余宁梅 4对组合逻辑电路对时序逻辑电路组合逻辑时序逻辑保持无条件反映输入信号的变化有条件反映输入信号的变化5时序逻辑电路的构成Inputs 逻辑运算 Outputs数据保持电路Inputs逻辑 运算ClkOutput数据保持电 路数据保持电路实现6数据保持机理 静态保持 动态保持01× ×1 10 1×1017时序逻辑电路的基本单元?? 寄存器 锁存器 时钟上升沿或下降沿到来 当时钟信号为高（或低）时传 输数据。其他时间保持数据 时传输数据。其他情况保持数据D Q Clk Clk D QD Q Clk Clk D Q8二、锁存器（ Latch ）?电平灵敏（ Level Sensitive）, 不是边沿触发 ?可以是正电平灵敏或负电平灵敏，当时钟为高电平（或低电 平）时，输入的任何变化经过一段延迟就会反映在输出端上9101. 静态锁存器(1) SR锁存器基于或非门的SR （set-reset）锁存器S Q S R Q Q Q R Q QS01 0 100 1 1Q1 0 0Q0 1 0RForbidden State11基于或非门的SR （set-reset）锁存器p p Q R n n nppQn S版图见P15612基于与非门的SR （set-reset）锁存器SQS0R0 0 1 1Q1 1 0 QQ1 0 1 QRQ1 0 113带时钟控制的SR （set-reset）锁存器SQCKSCKQRRQQCK＝1时SR锁存器工作， CK＝0时输出维持 电路图见P158图8.3814(2) D锁存器 CK＝1时D锁存器传输数据， CK＝0时输出维持DQCKQCK 0D ×Q QQ QD CKQ Q11101001152. 动态锁存器（1）简单的动态锁存器CLK D D C1 Q C2 C1 CLK Q C2CLKCLK D C1 CLK Q C2Q16（2）半静态锁存器 在动态锁存中引入静态锁存S QQQRQCLKDCLK弱反相器实现（强制写入）QQQ（控制门可仅用NMOS实现） 17CLK D CLKDCLKQQCLKQCLK基于传输门MUX的Latch(见书P160)（1）尺寸设计容易 （2）晶体管数目多（时钟负载 因而功耗大）18基于MUX的 Latches负电平锁存器 (当 CLK= 0时透明传输) 正负电平锁存器 (当 CLK= 1时透明传输)1 D 0Q D0 1QCLKCLKQ ? Clk ? Q ? Clk ? InQ ? Clk ? Q ? Clk ? In192021二、触发器（ Flip Flop）/寄存器（Register)?寄存器（触发器） 在时钟的上升或下降沿锁存数据D Q Clk Clk D Q221.触发器的建立时间（setup time)、维持时间（hold time)和延迟时间tC-QTsetupClkD QTsetup：在时钟沿到 来之前数据输入端 必须保持稳定的时 间 Thold Thold：在时钟沿到 来之后数据输入端 必须保持稳定的时 间ClkD Q23ClkDQ延迟时间tC-Q：时钟 沿与输出端之间的延 迟（clock to Q）。 tC-Q242.触发器电路：正负电平灵敏的两个Latch 构成主从（Master-Slave ）边沿触发器时钟为高电平时，主Latch 维持，QM 值保持不变，输出值Q 等于 时钟上升沿前的输入D 的值，效果等同于“正沿触发”25正负电平灵敏的两个Latch 构成主从（Master-Slave ）边沿触发器Master SlaveI2T2I3 QMI5T4I6QD clkI1T1I4T3master transparent slave hold clk !clkmaster hold slave transparent26建立（set-up)时间:tsetup在时钟信号到来之前输 入信号必须稳定的时间3 2.5 2 1.5 1 0.5tsetupDCLK QM0-0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 127传输门主从（Master-Slave ）边沿触发寄存器的建立时间 tpd-I1tsutpd-T1tpd-I3tpd-I2∑tsetup=3 * tpd_inv + tpd_t28建立时间仿真3 2.5 2 1.5Q QM tsetup = 0.21 ns动作正常！D clk I2 outVolts1 0.5 0-0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Time (ns) 29建立时间仿真3 2.5 2Q I2 out tsetup = 0.20 nsVolts1.5 1 0.5 0 -0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1D数据传输失败！clk QMTime (ns) 30维持（hold)时间:thold 在时钟信号到来后，输 入信号应该保持的时间tholdThold=0QM的值维持D的值，OKThold&0只要QM的值维持D的值，OK31传输延迟时间:tc-q在时钟信号到来之后，输 出信号发生变化所需时间3 2.5 2Volts1.5 1tc-q(LH)tc-q(HL)0.5 0 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.532传输门主从（Master-Slave ）边沿触发寄存器的传输延迟 tpd-T3tc-qtpd-I6∑tc-q= tpd_inv + tpd_t333.时钟重叠问题CLK A B X CLK Q DCLK (a) 电路结构CLK0-0 overlapclkclk !clk!clk理想的时钟1-1 overlap非理想的时钟 时钟倾斜（skew)34clk D P1 A I1 P2 I2X!clkP3 B I3 P4 clk I4Q!Q!clk（1）当Clk 和!Clk 同时为高时，A 点同时为D 和B 点驱 动，造成不定状态 （2）当Clk 和!Clk 同时为高一段较长时间时，D 可以直 接穿通经过主从触发器 （3）采用两相位不重迭时钟可以解决此问题，但时钟不 重迭部分不能太长以免漏电时间过长引起出错354.两相时钟clk1 X clk2 QDP1AI1P2 clk2I2BP3I3P4 clk1I4!Q动态存储master transparent slave hold clk1 tnon_overlap clk2 36master hold slave transparent两相时钟发生器A clk1 clk B clk2 clk A B clk1 clk2 375.C2MOS RegisterClocked CMOSVDD动态寄存器VDDM2M6CLK DCLKM4 X M3CLK CL1M8QCLK M7CL2M1M5Master StageSlave Stage38对时钟重叠不敏感VDD M2 0 D M4 X 0 VDD M6 M8 Q Dclk!clkVDD M2 VDD M6X 1 M3 M1 1 M7 M5QM1M5(a) (0-0) overlap(b) (1-1) overlap数据D（0）可以传递到X（1）， 但不会传递到Q数据D（1）可以传递到X（0）， 但不会传递到Q（但有维持时间要求）39Clk Clk’DQ406.脉冲触发（Pulsed)寄存器VDD VDD M3 M6 CLK QVDD优点：晶体管数目少， 时钟负载小 缺点：设计验证复杂 常用于高性能处理器 中CLKG XDCLKGM2CLKGM5MPM1M4MN建立时间: 0(a) register(TSPC)(b) glitch generationCLK CLKG (c) glitch clock维持时间: 脉冲宽度 延迟时间: 2INV417.施密特触发器Vou tIn OutV OH?电压传输特性曲线VTC类似 于磁滞回线 ?对变化缓慢的输入信号输出 信号能快速响应V OLVMCVM+Vi n42一般的反向器vVM=VDD/2VouttVin VM43一般的反向器vVM=VDD/2Voutt输出信号从高到低翻转的逻辑阈值Vin VM输出信号从低到高翻转的逻辑阈值44施密特触发器VM+ vVM＋ VM－Vout tVin VMVM+45施密特触发器VIN VM+ VMtVOUTt46施密特触发器可以有效抑制噪声47用施密特触发器可以抑制噪声48CMOS Schmitt TriggerVDDM2Vin XM4VoutM1M3反相器的阈值取决于P管 和N管的尺寸之比。 Vout为0时，相当于M4 与M2并联，为1时，相 当于M3与M1并联，从 而相当于改变了两管尺 寸之比。49逻辑阈值与晶体管尺寸的关系1.8 1.7 1.6 1.5 1.40.25um晶体管 VDD=2.5vV (V)M1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8PMOS大NMOS大100101W /Wpn50VDD M 2 1 M 1 X M 3 0 M 4Schmitt Trigger VTCVVX2.5 2.0 1.5 VM1 VM2 2.5 2.0 1.50 Voutin(V) X 1.0 V0.5 0.0 0.0(V) x1.0 V0.5 0.0 0.0k=1 k=3k=2k=4 0.5 1.0 1.5 Vin (V) 2.0 2.50.51.0 1.5 Vin (V)2.02.5Voltage-transfer characteristics with hysteresis.The effect of varying the ratio of the PMOS device M4. The width is k* 0.5m m.51CMOS Schmitt Trigger (2)VDDM4 M6 M3InM2 X M1OutM5VDD52作业：分析下面的电路工作原理，说明电路的作用53
一、填空题(30 分=1 分*30)10 题/章 晶圆制备...(√) 光刻的本质是把电路结构复制到以后要进行刻蚀...(×) 世界上第一块集成电路是用硅半导体材料作为...了解半导体生产中常用材料的刻蚀技术。 9、金属化与布线技术(ULSI 集成电路对...三、课程内容 第一部分 集成电路的基础知识和基本电路模型 第一章 集成电路的...半导体集成电路封装技术试题汇总(李可为版)_理学_...9.薄膜技术(一种减法技术) :①.溅射②.蒸发③...第六章 元器件与电路板的接合 1.表面贴装技术(...半导体集成电路复习题及答案_工学_高等教育_教育专区。第 8 章 动态逻辑电路 填空题 对于一般的动态逻辑电路,逻辑部分由输出低电平的 网组成,输出信号与电源之间插...【资料来源】/scxzfxbg/77332.html 报告说明《半导体集成电路市场现状分析及前景预测报告》 为先略咨询原创研究成果。 本报告分两大部分,...半导体集成电路芯片封装技术复习资料_2012_IT/计算机_...9.有关名词: SIP :单列式封装 SQP:小型化封装 ...4、Sn/Ag/Bi/In;5、 第五章 印制电路板 1....时序逻辑电路_物理_自然科学_专业资料。任务四 时序...14 1 U3 CKA CKB QA QB QC QD 12 9 8 11 ...电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成 电路...半导体集成电路(2) 289页 4下载券 半导体集成电路第1章 43页 免费 半导体集成...(9 层/&1200) 3、摩尔定律:单片 IC 芯片上可以集成晶体管的数量以年为单位...半导体集成电路 cmos 试题_英语考试_外语学习_教育专区...第 4 章 TTL 电路 1. 名词解释 电压传输特性:指...比较工作在线性区和饱和区的 MOS 为负载时的共源...第一章 半导体集成电路行业发展综述 第一节 半导体集成电路行业定义 第二节 ...企业销售渠道及网络 9 杭州先略投资咨询有限公司
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描述状态转换的模块一般说来是组合逻辑模块
你把else、case之类的语句补全就行了
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恩 谢谢！！！
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问题没有解决吧，楼主
组合逻辑没有记忆功能
没有搞明白你说的“设计里好像又必须保存状态”是什么意思？
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<td class="t_msgfont" id="postmessage_#说的有道理
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我觉得LZ最好是把模块分开写一下，每一个块尽可能边沿触发，这样通常没有latch
不是保存状态就会有latch，而是使用电平触发且没有写全条件才会有的
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感觉LATCH就是因为组合电路赋值不全引起的。如果不是这个原因，还可以在DC的script中设置不允许使用LATCH，但要列全
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上述仅为个人敝见，谬误之处敬请斧正！
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When an if statement used in a Verilog always block or VHDL process as part of a
continuous assignment does not include an else clause, Design Compiler creates a latch
case 同理， 同意2楼。。
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When an if statement used in a Verilog always block or VHDL process as part of a
continuous assignment does not include an else clause, Design Compiler creates a latch
同意#2 DC ug 里的一段话
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热心网友&7-24 10:33
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没有的啊,内部结构只有一个半导体信片,信片上是成千上万个晶体管的连接,这图是网上找不到的啊。