数字集成电路分析与设计 第六章答案

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数字电路答案第六章

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第六章可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD是由用户借助计算机和编程设备对集成电路进行编程,使之具有预定的逻辑功能,成为用户设计的ASIC芯片。

近年来,可编程逻辑器件从芯片密度上、速度上发展相当迅速,已成为集成电路的一个重要分支。

本章要求读者了解PLD器件的工作原理,掌握用可编程逻辑器件设计数字电路的方法。

为掌握使用电子设计自动化和可编程逻辑器件设计电路系统的后续课程打下良好的基础。

第一节基本知识、重点与难点一、基本知识(一)可编程逻辑器件PLD基本结构可编程逻辑器件PLD包括只读存储器ROM、可编程只读存储器PROM、可编程逻辑阵列PLA、可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和可擦写编程逻辑器件EPLD等。

它们的组成和工作原理基本相似,其基本结构由与阵列和或阵列构成。

与阵列用来产生有关与项,或阵列把所有与项构成“与或”形式的逻辑函数。

在数字电路中,任何组合逻辑函数均可表示为与或表达式,因而用“与门-或门”两级电路可实现任何组合电路,又因为任何时序电路是由组合电路加上存储元件(触发器)构成的,因而PLD的“与或”结构对实现数字电路具有普遍意义。

(二)可编程逻辑器件分类1.按编程部位分类PLD有着大致相同的基本结构,根据与阵列和或阵列是否可编程,分为三种基本类型:(1)与阵列固定,或阵列可编程;(2)与或阵列均可编程;(3)与阵列可编程,或阵列固定。

2.按编程方式分类(1)掩膜编程;(2)熔丝与反熔丝编程;(3)紫外线擦除、电可编程;(4)电擦除、电可编程;(5)在系统编程(Isp)。

(三)高密度可编程逻辑器件HDPLD单片高密度可编程逻辑器件HDPLD(High Density Programmable Logic Device)芯片内,可以集成成千上万个等效逻辑门,因此在单片高密度可编程逻辑器件内集成数字电路系统成为可能。

HDPLD器件在结构上仍延续GAL的结构原理,因而还是电擦写、电编程的EPLD 器件。

数字集成电路(中文)第六章

数字集成电路(中文)第六章

第六章习题1.使用互补CMOS电路实现逻辑表达式X A B C D E F G=++++。

当反相器的NMOS W/L=2, PMOS (()())W/L=6时输出电阻相同,根据这个确定该网络中各个器件尺寸。

哪一种输入模式将会有最差和最好的上拉和下拉电阻?2.考虑下图,a.下面的CMOS晶体管网络实现的是什么逻辑功能?反相器的NMOS W/L=4, PMOS W/L=8时输出电阻相同,根据这个确定该网络中各个器件尺寸。

b.当输入是什么模式时t和p L H t最差。

最初的输入模pH L式是什么,必须采用哪一种输入才能取得最大传输延时?考虑在内部节点中的电容的影响。

3.CMOS组合逻辑a.下图中的两个电路A和B是否实现同一个逻辑函数?如果是的话,是什么逻辑;如果不是的话,给出两个电路的布尔表达式。

b.这两个电路的输出电阻是否总是相同?分析解释。

c.这两个电路的上升下降时间是否总是相同?分析解释。

4. 使用DCVSL实现F ABC ACD=+。

假设A,B,=+和F A BC ACDC,D和他们的反作为输入是允许的。

要求使用最少的晶体管。

5.一个复杂逻辑门电路如下图所示。

a.写出输出F和G的布尔表达式。

并说明这个电路实现的是什么功能。

b.这个电路属于哪一类电路。

6.分析下图所示电路实现什么功能。

7.使用NMOS传输管逻辑实现F ABC ABC ABC ABC=+++。

设计一个DCVSL门实现同样的功能。

假设A,B,C和他们的反都可以实现。

《数字电路-分析与设计》1--10章习题及解答(部分)_北京理工大学出版社

《数字电路-分析与设计》1--10章习题及解答(部分)_北京理工大学出版社

第五章习题5-1 图题5-1所示为由或非门组成的基本R-S 锁存器。

试分析该电路,即写出它的状态转换表、状态转换方程、状态图、驱动转换表和驱动方程,并画出它的逻辑符号,说明S 、R 是高有效还是低有效。

解:状态转换表:状态转换驱动表5-2 试写出主从式R-S 触发器的状态转换表、状态转换方程、状态图、驱动转换表和驱动方程,注意约束条件。

解:与R-S 锁存器类似,但翻转时刻不同。

5-3 试画出图5.3.1所示D 型锁存器的时序图。

解:G=0时保持,G=1时Q=D 。

图题5-1 或非门组成的基本R-S 锁存器S R状态转换方程:Q n+1Q n+1=S+RQ n状态转换图: S =Q n+1R=Q n+1 状态转换驱动方程: 逻辑符号: 输入高有效 G D Q图题5-3 D 型锁存器的时序图5-4试用各种描述方法描述D锁存器:状态转换表、状态转换方程、时序图、状态转换驱动表、驱动方程和状态转换图。

5-5锁存器与触发器有何异同?5-6试描述主从式RS触发器,即画出其功能转换表,写出状态方程,画出状态表,画出逻辑符号。

5-7试描述JK、D、T和T'触发器的功能,即画出它们的逻辑符号、状态转换表、状态转换图,时序图,状态转换驱动表,写出它们的状态方程。

5-8试分析图5.7.1(a) 所示电路中虚线内电路Q’与输入之间的关系。

5-9试分析图5.7.1(b)所示电路的功能,并画出其功能表。

5-10试用状态方程法完成下列触发器功能转换:JK→D, D→T, T→D, JK→T, JK→T’, D→T’。

解:JK→D:Q n+1=JQ+KQ,D:Q n+1=D=DQ+DQ。

令两个状态方程相等:D=DQ+DQ =JQ+KQ。

对比Q、Q的系数有:J=D,K=D逻辑图略。

5-11试用驱动表法完成下列触发器功能转换:JK→D, D→T, T→D, JK→T, JK→T’, D→T’。

解:略。

5-12用一个T触发器和一个2-1多路选择器构成一个JK触发器。

集成电路设计习题答案6-9章-5页精选文档

集成电路设计习题答案6-9章-5页精选文档

CH61.芯片电容有几种实现结构?①利用二极管和三极管的结电容;②叉指金属结构;③金属-绝缘体-金属(MIM)结构;④多晶硅/金属-绝缘体-多晶硅结构。

2.采用半导体材料实现电阻要注意哪些问题?精度、温度系数、寄生参数、尺寸、承受功耗以及匹配等方面问题3.画出电阻的高频等效电路。

4.芯片电感有几种实现结构?(1)集总电感集总电感可以有下列两种形式:①匝线圈;②圆形、方形或其他螺旋形多匝线圈;(2)传输线电感5.微波集成电路设计中,场效应晶体管的栅极常常通过一段传输线接偏置电压。

试解释其作用。

阻抗匹配6.微带线传播TEM波的条件是什么?7.在芯片上设计微带线时,如何考虑信号完整性问题?为了保证模型的精确度和信号的完整性,需要对互连线的版图结构加以约束和进行规整。

为了减少信号或电源引起的损耗以及为了减少芯片面积,大多数连线应该尽量短。

应注意微带线的趋肤效应和寄生参数。

在长信号线上,分布电阻电容带来延迟;而在微带线长距离并行或不同层导线交叉时,要考虑相互串扰问题。

8.列出共面波导的特点。

CPW 的优点是:①工艺简单,费用低,因为所有接地线均在上表面而不需接触孔。

②在相邻的CPW 之间有更好的屏蔽,因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。

③比金属孔有更低的接地电感。

④低的阻抗和速度色散。

CPW 的缺点是:①衰减相对高一些,在50 GHz 时,CPW 的衰减是0.5 dB/mm;②由于厚的介质层,导热能力差,不利于大功率放大器的实现。

CH71. 集成电路电路级模拟的标准工具是什么软件, 能进行何种性能分析?集成电路电路级模拟的标准工具是SPICE可以进行:(1)直流工作点分析(2)直流扫描分析(3)小信号传输函数(4)交流特性分析(5)直流或小信号交流灵敏度分析(6)噪声分析(7)瞬态特性分析(8)傅里叶分析(9)失真分析(10)零极点分析2. 写出MOS的SPICE元件输入格式与模型输入格式。

元件输入格式:M<编号> <漏极结点> <栅极结点> <源极结点> <衬底结点> <模型名称> <宽W> <长L> (<插指数M>)例如:M1 out in 0 0 nmos W=1.2u L=1.2u M=2模型输入格式:.Model <模型名称> <模型类型> <模型参数>……例如:.MODEL NMOS NMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=0.74 KP=8.0E-05+NSUB=5.37E+15 GAMMA=0.54 PHI=0.6 U0=656 UEXP=0.157 UCRIT=31444+DELTA=2.34 VMAX=55261 XJ=0.25U LAMBDA=0.037 NFS=1E+12 NEFF=1.001+NSS=1E+11 TPG=1.0 RSH=70.00 PB=0.58+CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0003 MJ=0.66 CJSW=8.0E-10 MJSW=0.24其中,+为SPICE语法,表示续行。

第六章集成运算放大器习题及答案

第六章集成运算放大器习题及答案

第六章集成运算放大器习题及答案1、由于 ,集成电路常采用直接耦合,因此低频性能好,但存在 。

2、共模抑制比K CMR 是 ,因此K CMR 越大,表明电路的 。

3、电流源不但可以为差分放大器等放大电路 ,而且可以作为放大电路的 来提高放大电路的电压增益,还可以将差分放大电路双端输出 。

4、一般情况下,差动电路的共模电压放大倍数越大越好,而差模电压放大倍数越小越好。

( )5、在输入信号作用下,偏置电路改变了各放大管的动态电流。

( )6、有源负载可以增大放大电路的输出电流。

( )7、用恒流源取代长尾式差分放大电路中的发射极电阻Re ,将使电路的 ( ) A.差模放大倍数数值增大 B.抑制共模信号能力增强 C.差模输入电阻增大8、在差动电路中,若单端输入的差模输入电压为20V ,则其共模输入电压为( )。

A. 40VB. 20VC. 10VD. 5V 9、电流源的特点是( )。

A 交流电阻小,直流电阻大;B 交流电阻大,直流电阻小; C. 交流电阻大,直流电阻大; D. 交流电阻小,直流电阻小。

10、关于理想运算放大器的错误叙述是( )。

A .输入阻抗为零,输出阻抗也为零;B .输入信号为零时,输出处于零电位;C .频带宽度从零到无穷大;D .开环电压放大倍数无穷大 11、(1)通用型集成运放一般由哪几部分电路组成?每一部分常采用哪种基本电路?对每一部分性能的要求分别是什么?(2)零点漂移产生的原因是什么?抑制零点漂移的方法是什么?12、已知一个集成运放的开环差模增益A id 为100dB ,最大输出电压峰-峰值U opp =±10V,计算差模输入电压u i (即u +-u -)为10μV,0.5mV ,-200μV 时的输出电压u 0。

13、如图所示电路参数理想对称,晶体管的β均为50 ,r bb ′=100Ω,U BEQ = 0.7。

试计算R W 滑动端在中点时VT 1管和VT 2管的发射极静态电流I EQ ,以及动态参数A d 和R i 。

数字集成电路设计与分析

数字集成电路设计与分析

问答:Point out design objects in the figure such as :design, cell, reference, port, pin, net, then write a command to set 5 to net ADesign: topReference: ADD DFFCell: U1 U2Port: A B clk sumPin: A B D QNet: A B SINSet_load 5 [get_nets A]why do we not choose to operate all our digital circuits at these low supply voltages?答:1)不加区分地降低电源电压虽然对减少能耗能正面影响,但它绝对会使门的延时加大2)一旦电源电压和本征电压(阈值电压)变得可比拟,DC特性对器件参数(如晶体管阈值)的变化就变得越来越敏感3)降低电源电压意味着减少信号摆幅。

虽然这通常可以帮助减少系统的内部噪声(如串扰引起的噪声),但它也使设计对并不减少的外部噪声源更加敏感)问道题:1.CMOS静态电路中,上拉网络为什么用PMOS,下拉网络为什么用NMOS管2.什么是亚阈值电流,当减少VT时,V GS =0时的亚阈值电流是增加还是减少?3.什么是速度饱和效应4.CMOS电压越低,功耗就越少?是不是数字电路电源电压越低越好,为什么?5.如何减少门的传输延迟?P2036.CMOS电路中有哪些类型的功耗?7.什么是衬垫偏置效应。

8.gate-to-channel capacitance C GC,包括哪些部分VirSim有哪几类窗口3-6. Given the data in Table 0.1 for a short channel NMOS transistor withV DSAT = 0.6 V and k′=100 µA/V2, calculate V T0, γ, λ, 2|φf|, and W / L:解答:对于短沟道器件:2'min min [()](1)2DGS T DS V WI k V V V V L λ=--+ min min[(),,]GS T DS DSAT V V V V V =-在选择公式的时候,首先要确定工作区域,表格中的所有V DS 均大于V DSA T ,所以不可能工作在线性区域。

【精品】数字集成电路电路、系统与设计第二版课后练习题第六章CMOS组合逻辑门的设计

【精品】数字集成电路电路、系统与设计第二版课后练习题第六章CMOS组合逻辑门的设计

【精品】数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)课后练习题第六章CMOS组合逻辑门的设计第六章 CMOS组合逻辑门的设计1.为什么CMOS电路逻辑门的输入端和输出端都要连接到电源电压?CMOS电路采用了MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)作为开关元件,其中N沟道MOSFET(NMOS)和P沟道MOSFET(PMOS)分别用于实现逻辑门的输入和输出。

NMOS和PMOS都需要连接到电源电压,以使其能够正常工作。

输入端连接到电源电压可以确保信号在逻辑门中正常传递,输出端连接到电源电压可以确保输出信号的正确性和稳定性。

2.为什么在CMOS逻辑门中要使用两个互补的MOSFET?CMOS逻辑门中使用两个互补的MOSFET是为了实现高度抗干扰的逻辑功能。

其中,NMOS和PMOS分别用于实现逻辑门的输入和输出。

NMOS和PMOS的工作原理互补,即当NMOS导通时,PMOS截止,当PMOS导通时,NMOS截止。

这样的设计可以在逻辑门的输出上提供高电平和低电平的稳定性,从而提高逻辑门的抗干扰能力。

3.CMOS逻辑门的输入电压范围是多少?CMOS逻辑门的输入电压范围通常是在0V至电源电压之间,即在低电平和高电平之间。

在CMOS逻辑门中,低电平通常定义为输入电压小于0.3Vdd(电源电压的30%),而高电平通常定义为输入电压大于0.7Vdd(电源电压的70%)。

4.如何设计一个基本的CMOS逻辑门?一个基本的CMOS逻辑门可以由一个NMOS和一个PMOS组成。

其中,NMOS的源极连接到地,栅极连接到逻辑门的输入,漏极连接到PMOS的漏极;PMOS的源极连接到电源电压,栅极连接到逻辑门的输入,漏极连接到输出。

这样的设计可以实现逻辑门的基本功能。

5.如何提高CMOS逻辑门的速度?可以采取以下方法来提高CMOS逻辑门的速度:•减小晶体管的尺寸:缩小晶体管的尺寸可以减小晶体管的电容和电阻,从而提高逻辑门的响应速度。

•优化电源电压:增加电源电压可以提高晶体管的驱动能力,从而加快逻辑门的开关速度。

北邮数字电路与逻辑设计(第一版)刘培植习题答案第06章习题解答

北邮数字电路与逻辑设计(第一版)刘培植习题答案第06章习题解答

2 R0(1) 74LS90
3 6
7
R0(2) R9(1) R9(2)
CP
14 1
CK A
QA
12
QB QC
QD
9 8 11
CK B
9进制
方法②:用置 9 端,使用状态为 0000,0001,0010,0011,0100,1001。
CLK
R 0(1)
R 0(2)
QA
R9(1)
R9(2) 74LS90
解:74160 为 10 进制异步复位、同步预置计数器。在输出 Q3Q2Q1Q0 = 0101时产生复位。
因此使用的状态为:0000,0001,0010,0011,0100。
Qn+1 = Q1n f0 = Qn ⋅ Q1n = Qn + Q1n
注意:Q 的状态变换时刻比 74161 的状态变换时刻延迟半个时钟周期。
当预置 CBA=010 时,M=14;(初始预置值为 0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000, 预置到 1010,1011,1100,1101,1110,1111,0000,再次预置为 0010……)
当预置 CBA=011 时,M=12;(初始预置值为 0011,0100,0101,0110,0111,1000,预置 到 1011,1100,1101,1110,1111,0000,再次预置为 0011……)
当 A=0 时,当 Q3Q2Q1Q0 = 1001时, Y = 1。因此使用的状态为:
0000,0001……1001。计数周期为 10。 状态转移表为:
Q3nQ2nQ1nQ0n
Q Q Q Q n+1 n+1 n+1 n+1 3 21 0
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CHAPTER 6P6.1. The on-resistance of a unit-sized NMOS device.LINEAR | SATURATIONOn-resistance of a unit-sized NMOS device051015202500.20.40.60.811.2V DSR D SThe average on-resistance is approximately 15kΩ. The expression for the average resistance value between DD V and 2DDV .()()()()()()()()222,,22,2223344V DD DSV DS DD DDDD DDV DDDS DD DS D satD satV V V V V I V I I ON DD ON ON DD GS T CN N DDD sat sat ox GS T R V R R V V VE L V I Wv C V V +++===-+==-P6.2. Since the signal must go around the ring twice for one oscillation, the period is :()()()()()()()()()()()()()()331531517301012.51021100.32727.5103100.3173ps TOT PLH PHL P LOAD N LOAD P N W EQP EQN g eff P N P N t N t t N R C R C N R R C W L L N R R C C W W W W --=+=+=+⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭⎛⎫=⨯+⨯+ ⎪⎝⎭=⨯⨯=115.77GHz 173TOTf t ps=== Independent of inverter size.P6.3. SPICE.P6.4. The self-capacitance in these cases are the capacitances that will make the transition from0 to DD V or vice versa.a. In this case, all the internal nodes will be charged so the self-capacitance is :()2233313SELF eff eff C C W W W W W C W =++++=b. In this case, all the internal nodes but the one above the bottom NMOS transistor will be charged:()223310SELF eff eff C C W W W W C W =+++=c. If we assume a worst-case scenario, this node will be charged up to DD V from 0.()2233313SELF eff eff C C W W W W W C W =++++=d. The node above the bottom-most NMOS transistor has already been discharged.()223310SELF eff eff C C W W W W C W =+++=P6.5. SPICEP6.6. For optimum sizing given four inverters.()()()()()()()()()()()()44332214111111120012005.8911200203.895.891203.8934.645.89134.64 5.895.8915.8915.8945.890.525.5OUT NPE LE FO SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE D LE FO P SE P =⨯=====⨯===⨯===⨯===⨯====⨯+=+=+=∏∑∑For the number of devices for optimum delay:log log log log log log12005.11log log 4N N SE SE PE SE PE N SE PEPE N SE =======Setting 5N =gives:()()()()()()()()5544332215114.1211200290.634.121290.6370.394.12170.3917.054.12117.05 4.124.1214.1214.1244.120.518.5OUT N SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE D LE FO P SE P ===⨯===⨯===⨯===⨯===⨯====⨯+=+=+=∑∑P6.7. Solution for NAND3For the first NAND3, LE=5W/3W=5/3. For the second NAND3, the delay is not the same asthe basic inverter. So use the more general formula:310/25/33nand W R LE WR⨯== Same as the first case.a.For equal rise and fall time, we double the sizes of the transistors which leads to:313LE==b.For the pseudo-NMOS, we must first calculate the currents, which are different forpull-up and pull-down in the case of a pseudo-NMOS.For the case of the pull-up, only the PMOS is charging the output, for equal delays,we double the size of the PMOS and NMOS to obtain:23LE=P6.9.a.53 LE=b.53 LE=c.82,33 R FLE LE==d.4,23R FLE LE==P6.10.a.813RLE st gate =b.523FLE nd gate =()()()()()()()()()()()()()()45343433221411451110002222336.8711000145.656.87145.6535.366.8735.36 6.876.871 6.8716.8746.870.51 1.50.5OUT NN N PE LE FO SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE LE C C SE D SE P SE P ⎛⎫⎛⎫=⨯== ⎪⎪⎝⎭⎝⎭===⨯===⨯===⨯===⨯====+=+=++++∏∑∑31=P6.12.()()()()()()()()()()()()()()()6345434332211546410001777833311.5510001173.2111.55173.2112511.5525411.5511.55111.551111.55OUT N N PE LE FO BE SE LE C BE C SE LE C BE C SE LE C BE C SE LE C BE C SE D SE P ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯⨯== ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭===⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯====+∏()()41411.550.51 1.5251.2N SE P =+=++++=∑∑()()()()()()()()()()()635735445712(2)(4)800066730333314.6800011095.814.610951175.114.64512(4175.1500)533533OUT PE LE FO BE SE LE C BE C SE LE C BE C SE PE LE FO BE SE ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯⨯== ⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭===⨯⨯===⨯⨯===⎛⎫⎛⎫=⨯⨯=⨯+= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭==∏∏()()()()()()()()()()()5343322151117.4712001114.317.54114.32317.517.5117.51117.53(17.5)214.60.51 1.5 2.25288.9NN N LE C BE C SE LE C BE C SE LE C BE C SE D SE P SE P =⨯⨯===⎛⎫⎪⨯⨯⎝⎭===⨯⨯====+=+=++++++=∑∑To minimize the delay, a estimate of the number of needed stages can be performed :log log 6637049.610log log 4SE PE N SE =∴===≈ The additional stages can be implemented as inverters attached at the input.P6.14. Consider the following situations :C LV inC LV outOutput high-to-low Output low-to-highIn the first case, the output is making a transition from high to low. The next inverter (not shown) has the PMOS in the cutoff region and the NMOS in the linear region. In these regions, the input capacitance of the next gate can be computed as follows:PMOS: C GP =C g x 2W x (1/2) NMOS: C GN =C g x WFor the output low-to-high transition, we have the PMOS linear and the NMOS cutoff: PMOS: C GP =C g x 2W NMOS: C GN =C g x W (1/2)Clearly, the second case has a larger total capacitance and hence a larger effective C g .P6.15. For this problem we examine ramp inputs as compared to step inputs. In both cases below,the transistors being driven enter the linear region and experience larger gate capacitances than the step input case. Therefore, C g is always larger for ramp inputs.C LC LV outpositive-going input ramp negative-going input rampV V DDP6.16. The FO4 delay for 0.18um is approximately 75ps. For 0.13um it is 55ps. Therefore, theconstant for the equation is roughly 420ps/um.。

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