Generadorde pulsode resetCircuitosMicroelectrónicosJesús Pardal GarcésMarc Tena Gil28/9/2010
ÍndiceTítulo…………………………………………………………………….1Índice………………………………………………………………….…2Síntesis de un generador de pulso. ................
Síntesis de un generador de pulso.El trabajo a realizar es un generador de pulsos basado en un TriggerSchmitt. El primer p...
La figura de la siguiente página resulta bastante esclarecedora.                    Figura 1: Gráfica comparativa inversor...
Figura 3: Función de transferencia del T.S.Una vez concretado el Trigger Schmitt pasamos a ver el generador de pulsos de r...
Consiste en la carga controlada de un condensador (C1) para poderinicializar un sistema electrónico digital o poder reinic...
Trigger SchmittEl procedimiento a seguir es el siguiente:En primer lugar haremos un esquemático del Trigger Schmitt para s...
Los transistores P3 y N3 serán dimensionados para obtener los umbralesde inversión pedidos en el enunciado mediante una si...
Figura 8: Simulación del Trigger SchmittFigura 9: Detalle de las formas de onda
Figura 10: Umbral superior (VTN = 2,5 V)Figura 11: Umbral inferior (VTP   0,6 V)
Una vez que el T.S cumple especificaciones creamos un símbolo parapoder trabajar con él más adelante.                    F...
Figura 13: Layout del Trigger Schmitt
Figura 14: Extracción del layout
Figura 15: Extracción del layoutPara terminar nos falta hacer un testbench del circuito de aplicación delTrigger Schmitt, ...
Figura 16: Testbench de la resimulación   Figura 17: Resultados obtenidos
Se puede apreciar como durante el pulso de reset el condensador sedescarga prácticamente del todo y empieza a cargarse (co...
Figura 19: Ancho del pulso de InicializaciónAl igual que en la imagen anterior, podemos medir el ancho del pulso queen est...
Bibliografíahttp://es.wikipedia.org/Apuntes de la asignatura Circuitos Microelectrónicos,Antonio Rubio. Diseño de circuito...
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Trigger schmitt - Generador de pulsos de Reset -

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Diseño full-custom de un generador de pulsos de reset. Estudio teórico y diseño a nivel microelectrónico empleando la herramienta CADENCE.

Reset pulse generator full-custom design with CADENCE tool.

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Trigger schmitt - Generador de pulsos de Reset -

  1. 1. Generadorde pulsode resetCircuitosMicroelectrónicosJesús Pardal GarcésMarc Tena Gil28/9/2010
  2. 2. ÍndiceTítulo…………………………………………………………………….1Índice………………………………………………………………….…2Síntesis de un generador de pulso. ................................... 3 Trigger Schmitt ............................................................... 7Bibliografía ...................................................................... 18
  3. 3. Síntesis de un generador de pulso.El trabajo a realizar es un generador de pulsos basado en un TriggerSchmitt. El primer paso, y la base de esta memoria es el diseño FULL-CUSTOM del inversor Trigger Schmitt. A continuación, atendiendo alesquemático que se nos proporciona(Figura 4), hay que hacer eldimensionado de los transistores para cumplir las restricciones temporalesdel generador de pulsos.Primero detallaremos las especificaciones de todo el circuito y tras elloempezaremos a desarrollar cada parte. TRIGGER SCHMITTLa funcionalidad de un inversor Trigger Schmitt es la de evitar los cambiosinvoluntarios de los niveles de tensión de una señal debido a lasvariaciones por ruido. Un inversor normal y corriente produce el salto de 0a 1 lógico o viceversa cuando la tensión pasa por ; en cambio elTrigger Schmitt presentas un ciclo de histéresis, es decir, no invierte susalida a menos que a su entrada se alcance cierto umbral de tensiónmenor en el caso que estemos en un nivel alto, o hasta que alcance unumbral de tensión superior en el caso de un nivel bajo.
  4. 4. La figura de la siguiente página resulta bastante esclarecedora. Figura 1: Gráfica comparativa inversoresLas especificaciones para el T.S. hacen referencia a los umbrales detensión de la histéresis: Figura 2: Esquemático del T.S.
  5. 5. Figura 3: Función de transferencia del T.S.Una vez concretado el Trigger Schmitt pasamos a ver el generador de pulsos de reset. Figura 4: Esquemático del generador de pulso
  6. 6. Consiste en la carga controlada de un condensador (C1) para poderinicializar un sistema electrónico digital o poder reiniciarlo cuando sedesee.Como viene explicado en el enunciado el transistor M3 está siempre enconducción (zona lineal) cargando el condensador, teniendo un nivel altoa la salida del Trigger Schmitt. Cuando se quiere generar el reset se activaría lo que en el esquemáticoaparece como la fuente de Reset, activando el TRT M1, dejando un caminohacia tierra muy poco resistivo para que el condensador consigadescargarse a pesar de que M3 intente la tarea contraria, y finalmenteproducir un nivel alto a la salida del circuito.Especificaciones: Un pulso de inicialización, para un Power-On-Reset, de un ancho no inferior a 40 nS. Una reinicialización, a través de un pulso a nivel bajo de Reset, de ancho inferior a 4 nS. Compatibilidad con las Reglas de Diseño AMS de 0.35 μm. Figura 5: Especificaciones temporales pulsos de reset
  7. 7. Trigger SchmittEl procedimiento a seguir es el siguiente:En primer lugar haremos un esquemático del Trigger Schmitt para simularel inversor, comprobar su correcto funcionamiento y ajustar suscaracterísticas.Tenemos dimensionamiento mínimo para los transistores P1, P2 (1,2 x0,35) y N1, N2 (0,4 x 0,35); como se puede observar hemos compensadolos transistores P con un área del triple que los N para obtener unarespuesta simétrica de esta parte, pues los electrones tienen unamovilidad entre 2 y 3 veces superior a la de los huecos (gananciaintrínseca entre 2 y 3 veces mayor del material tipo n que el tipo p por lodicho). **Observar figura 3 para lo notación de los TRT Figura 6: Esquema eléctrico del T.S. en el CADENCE
  8. 8. Los transistores P3 y N3 serán dimensionados para obtener los umbralesde inversión pedidos en el enunciado mediante una simulaciónparamétrica; inicialmente haciendo un barrido más grueso y con pocosvalores, y una vez localizados los valores próximos a los exigidos, se haceun barrido paramétrico más fino hasta encontrar un valor aceptable delos niveles de tensión.La siguiente captura de pantalla muestra los valores definitivos de losanchos, que será de 9 para el P3 y de 2 para el N3. Figura 7: Valor finales del dimensionado para los umbralesA continuación presentamos las simulaciones y sus detalles para obtenerlos umbrales. En las figuras más detalladas se aprecia la comparativa entreel diseño original y el diseño FULL-CUSTOM extraído que presentaremosmás adelante.
  9. 9. Figura 8: Simulación del Trigger SchmittFigura 9: Detalle de las formas de onda
  10. 10. Figura 10: Umbral superior (VTN = 2,5 V)Figura 11: Umbral inferior (VTP 0,6 V)
  11. 11. Una vez que el T.S cumple especificaciones creamos un símbolo parapoder trabajar con él más adelante. Figura 12: Símbolo del Trigger SchmittLas figuras 13 y 14 muestran el diseño del layout con la tecnología AMSde 0,35 micras con el software de CADENCE.Cabe comentar que el layout se intenta diseñar lo más simétrico posible yminimizando el área que ocupa.Tras el diseño del layout se hace la extracción del diseño de maneraautomatizada la cual reconoce los transistores que se han dibujado, asícomo los elementos parásitos por no ser componentes ideales.Tras ello, con la herramienta LVS podemos detectar posibles errores porlas discrepancias entre el diseño que pretendemos hacer y el final.Como último paso falta hacer un nuevo testbench para simularconjuntamente el diseño original y la extracción del layout, en el cual seapreciarán los efectos de los elementos parásitos (observar figuras 8, 9,10, 11).De todo este procedimiento tampoco cabe comentar mucho más pues lasexplicaciones de los procedimientos empleados y de diseño aparecen enlos guiones de las prácticas de clase.
  12. 12. Figura 13: Layout del Trigger Schmitt
  13. 13. Figura 14: Extracción del layout
  14. 14. Figura 15: Extracción del layoutPara terminar nos falta hacer un testbench del circuito de aplicación delTrigger Schmitt, para dimensionar primero los transistores y cumplir lasespecificaciones temporales, y posteriormente compararlo con otrotestbench empleando nuestro T.S. extraído.
  15. 15. Figura 16: Testbench de la resimulación Figura 17: Resultados obtenidos
  16. 16. Se puede apreciar como durante el pulso de reset el condensador sedescarga prácticamente del todo y empieza a cargarse (color cian) tras ladesactivación de dicha señal. Pasando la salida a nivel alto durante ladescarga y a nivel bajo cuando la tensión en el condensador llega alumbral superior (2,5 V) del Trigger Schmitt.Comentar finalmente que se observa como la curva de la salida del T.S.que hemos diseñado es algo más lento debido a los efectos parásitoscomentados anteriormente (resistencias y capacidades extras). Figura 18: Ancho del pulso de ReinicializaciónEn la figura se puede ver en la parte inferior derecha el ancho del pulso deReinicialización medido con los cursores que nos ofrece el software parafacilitarnos el trabajo (4,01 ns).
  17. 17. Figura 19: Ancho del pulso de InicializaciónAl igual que en la imagen anterior, podemos medir el ancho del pulso queen este caso son 40,64 ns.
  18. 18. Bibliografíahttp://es.wikipedia.org/Apuntes de la asignatura Circuitos Microelectrónicos,Antonio Rubio. Diseño de circuitos y sistemas integrados. Edicions UPC,Barcelona, 2003

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