触发器功耗延时析.doc

触发器功耗延时分析研究目标:分别研究静态和动态D触发器的功耗和延时问题,并选择两款D触发器进行仿真,在不同频率下观察功耗和延时特性。(1)预备知识:一、功耗CMOS电路的功耗分为三个部分:静态功耗Pstatic、短路功耗Pshort和动态功耗Pdyn。Ptotal=Pstatic+Pshort+PdynPstatic来源:关闭晶体管的亚域导通栅氧的隧穿电流反偏二极管的漏流Pshort来源于PMOS和NMOS同时部分导通。Pdyn来源开关过程中对负载电容的充放电。用Pspice对功耗进行仿真的方法:Pav =1/T*∫idd(t)*Vdd*dt二、延时 对触发器的延时分析主要是探讨以下三个参数: 1、DC-Q:时钟端C到输出端Q的传输延时,即tQ-tC。 2、U:设置时间。为保证Q能正常输出,数据输入D端前与C端的最小时间。 3、H:保持时间。为保证Q能正常输出,C端触发后,D端还需要保持的最小时间。三、功耗延时积PDP=Ptotal×DD-Q其中,DD-Q是D-Q的最小延时。(2)动态C2MOS触发器仿真分析一、动态C2MOS触发器电路结构及仿真图 注:V4,V5分别为数据端和时钟端的激励脉冲源,U1-U4为自建反相器。U6为自建动态C2MOS触发器。C1,C2分别等效为前一级的扇出和当前级的扇出。所有器件工作在5V电压下。二、DC扫描输入条件:Vin由0到5V线性递增,。各节点响应:D端:。内部X节点:电压两次下降,最终将到1V左右。由X节点出储能电容放电引起。Q端:由于CLK=‘1’、CLK_N=‘0’,C2MOS后端为反相器使能状态,输出与X节点反向。三、功耗分析测试条件: D端输入频率:100MHz CLK端输入频率:200MHz响应: 触发器电源端电流I(U6:VDD) 输出平均功耗Pav=、延时分析200MHz下延时分析::100MHz CLK端输入频率: Q端输出vsCLK输入DC-Q=tQ-tC=-= Q端输出vsD端输入此时,tQ-tD=-=,非最小DD-Q。D端tr=-==-=: D端输入频率:125MHzC