КМОП делитель частоты на 2 с высокой стабильностью скважности выходного импульса

1. КМОП делитель частоты на 2 с высокой стабильностью скважности выходного импульса Макаров Александр Борисович Институт Проблем Проектирования в Микроэлектронике РАН

2. Содержание • Методы достижения скважности 50% • Основные факторы, влияющие на скважность в ДЧ на 2 • Общие рекомендации к схемам ДЧ на 2 • Обоснование выбора схемы ДЧ на 2 • Результаты моделирования • Заключение

3. Методы достижения скважности 50% • Аналоговые системы подстройки скважности(достигнуто отклонение 0,8% от уровня 50%) • Цифровые системы подстройки скважности (достигнуто отклонение 0,6% от уровня 50%) • Делители частоты на 2 (можно ли достичь отклонения 0,6-0,8% ?)

4. Методы достижения скважности 50% Пример аналоговой системы подстройки скважности

5. tp tn T tef tdr tdf tpo ter Основные факторы, влияющие на скважность Асимметрия КМОП вентилей tpo1 = (tp+ter1/2-tef1/2) tpo2 = (tpo1+tdr2-ter2/2)- (tdf2+tef2/2)= = tp+(ter1/2-ter2/2)+ (tef1/2-tef2/2)+(tdr2-tdf2)

6. Основные факторы, влияющие на скважность Динамические характеристики КМОП вентилей t = k *(Cload*Vdsat/Idsat) t- время нарастания / спадаили время задержки k– коэффициент пропорциональности, характерный для времен задержки и фронтов нарастания и спада Cload - емкость нагрузки Vdsat / Idsat- напряжение / ток насыщения МОПТ

7. Основные факторы, влияющие на скважность Конструктивно-технологические параметры t = k *(Cload*Vdsat/Idsat) Idsat = B0 *(Vgs-Vt)2 B0 = 0,5*Mu*Cox*W/L Idsat = 0,5*Mu*Cox*W/L *(Vgs-Vt)2 Vdsat = Vgs - Vt t = k *Cload*L / ((Cox*Mu*W)*(Vgs-Vt)) Mu – подвижность носителей тока в канале Cox– толщина подзатворного диэлектрика W/L– ширина / длина канала МОПТ Vgs– напряжение затвор-исток МОПТ

8. Основные факторы, влияющие на скважность Конструктивно-технологические параметры Учитывая, что Vgs=Vdd: t = k *Cload*L / ((Cox*Mu*W)*(Vdd-Vt)) Сох, Mu – технологические параметры Vdd –напряжение питания, конструктивный (режимный) параметр W/ L / Vt – конструктивно-технологические параметры

9. Общие рекомендации к схемам ДЧ на 2 • A1. Напряжение питание должно значительно превышать пороговые напряжения используемыхМОП-транзисторов (МОПТ) • A2. Длины каналов МОПT не должны быть минимальными и должны выбираться достаточными для обеспечения требуемых рабочих частот • A3. Ширины каналов МОПT необходимо выбирать такими, чтобы обеспечить минимальные времена задержек и фронтов импульсов • A4. Необходимо обеспечить примерное равенство времен задержек и фронтов формирования логических уровней

10. Обоснование выбора схемы триггера ДЧ на 2 • Дифференциальные триггеры, обладая симметрией, могут обеспечить примерное равенство фронтов и задержек импульсов

11. Обоснование выбора схемы ДЧ на 2 Дифференциальныетриггеры типа SSTC1

12. Обоснование выбора схемы ДЧ на 2 Комбинированный ДЧ на 2 с триггерами типа SSTC1 Проектная норма – 0,18u nМОП: W=2,5u, L=0,34u pМОП: W=2,5u, L=0,30u

13. , Результаты моделирования , All3 – Vdd=3,3В+/-10%, Т= - 45Со +125Со , все вариации техпроцесса All2 – Vdd=2,5В+/-10%, Т= - 45Со +125Со , все вариации техпроцесса

14. Заключение • Исследован комбинированный ДЧ на 2 с триггерами типа SSTC1 • При частоте выходного сигнала 100 МГц точность задания скважности на уровне 50% не превышает 0,8% • При частоте выходного сигнала в диапазоне 500-1500 МГц точность задания скважности не превышает 2,12% • Снижение напряжения питания с 3,3 В до 2,5 В приводит к ухудшению точности задания скважности до 4,5% на частоте выходного сигнала 500 МГц