Analytische Modellierung des Zeitverhaltens und der Verlustleistung von CMOS-Gattern

摘要

In modernen CMOS-Technologienwerden die Verz?gerungszeit, die Ausgangsflankensteilheitund der Querstrom eines Gatters sowohl durch die Lastkapazit?t als auch durch die Steilheit des Eingangssignalsbeeinflusst. Die heute verwendeten Technologiebibliothekenbeinhalten Tabellenmodelle mit 25 oder mehr Stützpunktendieser Abh?ngigkeiten, woraus durch Interpolation dieben?tigten Zwischenwerte berechnet werden. BisherigeVersuche, analytische Modelle abzuleiten beruhten darauf,den Querstrom zu vernachl?ssigen oder Transistorstr?meals stückweise linear anzun?hern. Der hier gezeigte Ansatzberuht auf einer n?herungsweisen L?sung der Differentialgleichung,die aus den beiden Transistorstr?men und einerLastkapazit?t besteht und damit das Schaltverhalten einesInverters beschreibt. Mit wenigen Technologieparameternk?nnen daraus für einen beliebig dimensionierten Inverterdie für eine Timing- und Verlustleistungsanalyse notwendigenGr??en berechnet werden. Das Modell erreicht beieinem Vergleich zu Referenzwerten aus SPICE Simulationeneine Genauigkeit von typischerweise 5%. style="line-height: 20px;">In modern CMOS-technologies the gate delay, output transitiontime and the short-circuit current depend on the capacitiveload as well as on the input transition time. Today’stechnology libraries use table models with 25 or more samplesfor these dependencies. Intermediate values have to becalculated through interpolation. Attempts to derive analyticalmodels are based on neglecting the short-circuit currentor approximating it by piecewise linear functions. The approachshown in this paper provides an approximate solutionfor the differential equation describing the dynamic behavorof an inverter circuit. It includes the influence of both transistorcurrents and a single load capacitance. The requiredvalues for timing and power analysis can be calculated witha small set of technology parameters for an arbitrary designedinverter. Compared to reference values extracted from SPICE simulations, the model achieves a typical precision of5%.