清华大学《数字集成电路设计》周润德第6章组合逻辑课件.

第一篇：清华大学《数字集成电路设计》周润德第6章组合逻辑课件.

第二节 有比逻辑 VDD 电阻负载 RL F In1 In2 In3 PDN VSS(a 电阻负载 In1 In2 In3 PDN VSS(b 耗尽型NMOS负载 耗尽型负载 VT < 0 VSS F In1 In2 In3 PDN VSS(c 伪NMOS F VDD PMOS负载 VDD 目的: 与互补CMOS相比可以减少器件的数目 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 1 页 2004－10－27 有比逻辑 VDD Resistive Load 共 N 个晶体管 + 负载 RL VOH = VDD VOL = F RPN RPN + RL In1 In2 In3 不对称响应 PDN t pL = 0.69 RLCL 有静态功耗 VSS 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 2 页

伪NMOS(Pseudo-NMOS VDD A B C D F CL VOH = VDD(similar to complementary CMOS 2 V OL ⎞ kp ⎛ 2 –-------------⎟ =------(V – V – V V k ⎜(V DD Tp n DD Tn OL 2 ⎠ 2 ⎝ 类似于互补CMOS kp V OL =(VDD – V T 1 – 1 –------(assuming that V T = V Tn = VTp k n SMALLER AREA & LOAD BUT STATIC POWER DISSIPATION！!较小的面积和驱动负载，但有静态功耗 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 3 页

Pseudo-NMOS 电压传输特性（VTC）VDD 3.0 PMOS负载 VSS Vout [V] 2.5 2.0 W/Lp = 4 F In1 In2 In3 PDN 1.5 W/Lp = 2 1.0 0.5 W/Lp = 0.5 W/Lp = 0.25 W/Lp = 1 VSS 伪NMOS 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Vin [V] 在性能、功耗＋噪声容限之间综合考虑 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 4 页

伪 nMOS / pMOS 逻辑（1）伪 nMOS 逻辑的基本电路 1.2.3.4.5.p 管作负载，其栅极接地 n 个输入端的伪 nMOS 电路有 n + 1 个管子 kn k p 的比例影响传输特性的形状及反相器 V OL 的值 当驱动管导通时，总有一恒定的 DC 电流（静态功耗）当驱动管和负载管均不导通时，输出电压取决于管子的 次开启特性 6.噪声容限 N M L 比 N M H 差很多 7.基本方程 8.应用场合 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 5 页

伪 nMOS 逻辑 Vdd 负 载 Vout Vin 驱动 GND 伪 pMOS 逻辑 Vdd 驱动 Vin Vout 负 载 GND 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 6 页

（2）伪 NMOS 的设计：驱动管与负载管的尺寸应有一合适的比率 1.为减少静态功耗，驱动电流 IL 应当小 2.为了得到合理的 NML，VOL = IL（RPDN 应当低 3.为了减少 t PLH = C L V DD , IL 应当大 2IL 4.为了减少 t PHL = 0.69 R PDN C L，RPDN 应当小 条件 1 与 3 是矛盾的，可见： 实现一个较快的门意味着较多的静态功耗及较小的噪声余量。2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 7 页

（3）多漏极逻辑 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 8 页

改善负载（1）：采用可变负载 VDD Enable M1 M2 M1 >> M2 F A B C D CL 可变负载 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 9 页

改善负载（2）：采用差分逻辑 VDD VDD M1 M2 Out A A B B Out PDN1 PDN2 VSS VSS 串联电压开关逻辑（CVSL，也常称为差分串联电压开关逻辑 Differential Cascode Voltage Switch Logic(DCVSL 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 10 页

差分逻辑（1）差分串联电压开关逻辑： Differential Cascode Voltage Switch Logic(DCVS（2）差分分离电平：Differential Split-Level(DSL）（3）再生推拉串联逻辑： Regenerative Push-Pull Cascode Logic(PPCL 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 11 页

DCVSL DCVSL 瞬态过渡响应 2.5 V oltage [V] AB 1.5 AB A,B A,B 0.5 静态逻辑：互补NMOS下拉管，交叉连接 PMOS上拉管-0.50 0.2 0.4 0.6 0.8 负载：仅一个PMOS管，具有伪 NMOS 优点 Time [ns] 差分型：同时要求正反输入，面积大，但在 要求互补输出或两个下拉网络能共享 时比较有利 比通常的CMOS逻辑慢（因Latch 反馈作用有滞后现象，但在特定情况下很快，例如 存储器纠错逻辑的 XOR 门）无静态功耗，但有较大的翻转过渡（Cross-over）电流 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 1.0 第六章（2）第 12 页

DCVSL 例子（共享逻辑）Out Out B B B B A A XOR-NXOR gate 全加器 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 13 页

时钟控制的CVSL 由时钟控制的CVSL 构成四变量异或门 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 14 页

带锁存灵敏放大器的 CVSL(或称SSDL，Sample-Set Differential Logic）2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 15 页

差分分离电平逻辑 Differential Split-Level Logic（DSL）5V T2 T3 T4 VOL T1 概念：以 “交叉 p管 以及 V ref 管” 代替 p管负载 减少在节点q 和q’上的逻辑摆幅 3.2V 2.5V 假设： 例如，Vref = Vdd/2 + VT q 和q’点 Vmax = Vdd/2 是静态逻辑 可降低摆幅，因而使 tp 减少，但有静态功耗（T2-T4 及左边PDN导通）T2-T4 导通时，成为有比逻辑，故应使 T2 较小，但这又减慢上拉时间 T3 处于导通边缘（几乎off），易于快速翻转 下拉管工作在低电压，减轻了热电子效应 工艺和电源电压的容差是一个问题 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 16 页

推拉串联逻辑 Push-Pull Cascode Logic(PPCL CVSL PPCL 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 17 页

SFPL(源极跟随上拉逻辑 Source Follower Pull-up Logic 1.原理 2.优点： a.允许采用较小的 n 下拉管，较小的自载（SelfVTN 阈值电压损失引起下一级逻辑门的静态功耗 NMOS的阈值由于体效应而变高 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 21 页

NMOS 传输管逻辑 解决办法1：电平恢复晶体管（Level Restoring Transistor）VDD 电平恢复 Mr B A Mn X M1 0.0 0 100 200 300 400 500 VDD M2 2.0 1.0 Out • 优点: X 处（高）电平恢复至全摆幅 • 缺点：恢复晶体管附加了电容，在 X 处取电流 • 有比（逻辑）问题 2004－10－27 数字大规模集成电路 电平恢复晶体管尺寸的确定 • 电平恢复晶体管尺寸的上限 • 注意传输晶体管下拉电路可能会有 几个晶体管堆叠在一起 第六章（2）第 22 页 清华大学微电子所 周润德

单端电平恢复电路 电平恢复 晶体管 输出反相器 差分电平恢复电路 反馈反相器 差分电平恢复电路可以以较少的 晶体管数为代价获得较小的延时 静态、动态结构 的电平恢复电路 不同的电平恢复电路 构成不同的逻辑类型 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 23 页

解决办法 2: 传输门晶体管的 VT = 0 但要注意漏电电流 V DD V DD 2.5V 0V V DD 0V Out 2.5V 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 24 页

解决办法 3: 传输门（Transmission Gate：NMOS＋ PMOS）C A B A C C 30 C A = 2.5 V B C = 2.5 V B CL C=0V 传输门电阻 Rn 2.5 V Rn Vou t Rp Resistance, ohms 20 Rp 2.5 V 10 0V Rn || Rp 0 0.0 1.0 Vou t , V 2.0 第六章（2）第 25 页 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德

传输门电路的延时 2.5 In 0 V1 Vi-1 C 0(a Req In V1 C Req Req Vn-1 C Req 2.5 Vi C 2.5 Vi+1 0 C Vn-1 C 2.5 Vn 0 C Vi C Vi+1 C Vn C(b m Req In C CC C C CC C Req Req Req Req Req(c 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 31 页

优化延时 RC链的延时 带缓冲器的RC链的延时 m Req In C CC C C CC C Req Req Req Req Req(c 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 32 页

传输管与传输门逻辑小结（1）传输管的优点：寄生电容小，速度快，属无比逻辑（一阶近似时延时与尺寸无关）缺点：阈值损失，噪声容限差，会引起下一级静态功耗，MOS管的导通 电阻随电压变化而变化（2）全传输门优点：无阈值损失，MOS开关的导通电阻基本为常数 缺点：必须提供正反控制信号，版图设计效率低，电容大（3）设计传输管、传输门网络时，应使所有情形下遵守“ 低阻抗”的原则（4）当N个传输管（门）串连时，按RC网络计算延时。必要时需要插入缓冲器，优化 级数。逐级确定尺寸。优化时需要考虑整个链延时的优化（5）电平

恢复电路（是克服NMOS传输管阈值损失的一种方法）1.无静态功耗，但考虑过渡情形时，需要仔细确定尺寸 2.增加了内部节点电容，关断时出现信号竞争，降低了门的速度 3.PMOS的导通加速了上拉，因而减少了输出（反相器）的下降时间 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 33 页

互补传输管逻辑（仅有NMOS管）CPL（Complementary Pass Transistor Logic）漏极输入 栅极输入 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 34 页

互补传输管逻辑（CPL）实现逻辑功能 相同的电路拓扑，只是信号的安排不同 nFET 逻辑 2004－10－27 数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章（2）第 35 页

CPL 的特点

(1具有互补功能(互补的输入-互补的输出。但需产生互补信号的 额外电路以及额外的布线开销。但在需要正反输出信号时比较有利

(2静态逻辑,输出节点总是连至 VDD 或 GND ,有利消除噪声(3简单,比 CMOS 的晶体管数大大减少,功耗低(4存在阈值损失(有几种解决办法(5快速(由于负载减少,延时小

(6设计具有模块化的特点,易于构成逻辑和设计库

(7常通过注入工艺使传输管的阈值降低至 PMOS 管的阈值之下,提高了 切换速度,消除了后续缓冲电路的静态功耗。但运用零阈值管使噪声 容限减小,存在亚阈值电流和静态功耗

(8实现运算电路时效率高: 例如实现全加器时:晶体管数少、面积小、延时小、功耗低

LEAP 单元库(Lea n Integration Using P ass Gates 目的:用较小的(简单、适应性强的单元库(只有三个不同的单元

实现完全的逻辑功能(逻辑 “ 树 ”;输入端可连至信号或电源、地;不同于 CPL :不是差分逻辑(为单端逻辑, 反信号 在 “ 逻辑树 ” 末端或 中间通过附加反相器得到;基于自动(综合设计方法。(不是去实现单个的逻辑门 DPL(Double Pass-Transistor Logic(NMOS +PMOS 电路 DPL —— 改进的 CPL 1.两支路导通,速度快 2.电容均衡

动态 CMOS 在 静态 电路中在任何时候(除去翻转时输 出总是通过低阻路径连至 GND 或 V DD 扇入(fan-in 为 n 要求 2n(n N-型 + n P-型 器 件

动态 电路依靠把信号值暂时存放在高阻抗节点 的电容上。需要 n + 2(n +1 N-型 + 1 P-型 晶体管 第四节 动态逻辑

对输入输出的要求

一旦动态门的输出被放电,它直到下一个预充电阶段之前不 可能再次被充电。动态门的输入在求值期间最多只能有一次过渡(低至高。

在求值期间或求值之后输出可以处于高阻态(PDN off, 状态 存放在 C L 上。

动态门的特点

逻辑功能仅由 PDN 实现(紧凑 晶体管的数目是 N + 2(静态互补 CMOS 需 2N 个晶体管 输入电容与伪 nMOS 逻辑相同

全摆幅输出(VOL = GND 及 V OH = VDD

无比逻辑 – 器件尺寸不影响逻辑电平上拉改善,下拉变慢

快速的开关速度 输入电容(Cin 小 负载电容(Cout 小 无短路电流 I sc , 因此由 PDN 提供的电流均用来使 C L 放电

输入只允许在预充电阶段变化,在求值阶段必须保持稳定 简单的动态 CMOS 逻辑级不能串联

总 功耗通常 高于 静态 CMOS V DD 和 GND 之间不存在静态电流通路,无静态功耗(无 P sc 无 glitching(毛刺 较高的翻转概率 额外的时钟负载 需要预充电/求值时钟

一旦输入信号超过 V Tn , PDN 就开始工作,因此 V M , VIH 和 V IL 等于 V Tn 噪声容限(NML 小,对噪声敏感 对漏电敏感 有电荷分享问题 动态门的特点(续

Logic Effort

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电荷泄漏

翻转下一个门的时间: 决定了最低时钟频率:

2004-10-27数字大规模集成电路 清华大学微电子所 周润德 第六章(2第 50

页 动态 Latch

第二篇：邢德娟 组合图形面积教学设计

《组合图形面积》教学设计

邢德娟

教学内容：北师版五年上册第六单元：组合图形的面积 教学目标：

1、知识目标 ：

①、明确组合图形是由几个简单图形组合而成，求组合图形的面积就是求几个简单图形的面积的和或差的计算

②、在自主探索的活动中，理解组合图形面积的计算方法。

③、能根据各种组合图形的条件，有效的选择适当的计算方法并能正确解答。

2、能力目标 ：

①、通过实践操作、练习，提高观察、分析能力和解题的灵活性；能正确地分析图形。

②、通过图形的组合和分解培养分析问题、解决问题的能力以及学会把复杂问题转化为简单问题的策略意识。

3、情感与价值观目标：

①、通过动手拼图体会组合图形的美，并能展示自我，张扬个性。

②、让孩子体验到成功的喜悦，培养了学生战胜困难的决心和勇气，团结友爱的美好情感。

教学重点：

理解什么是组合图形,能运用“分割法、添补法或割补法”将组合图形转化成已学过的图形,计算组合图形的面积。

教学难点：

选择合适有效的计算方法解决实际问题。

教具准备：课件、图片等。

教学过程：

一、复习旧知

二、观察图形，明确定义

1、课件出示生活中的组合图形。

（1）观察这些图形有什么共同特点呢？引出组合图形的定义。

（2）想一想：生活中哪些地方还有组合图形? 窗户、飞机模型„„

2、师总结，揭示课题。这些精美的图案是由两个或两个以上的简单图形组合而成的叫组合图形。今天，我们一起来探索组合图形面积的计算（板书课题）。

三、动手操作，探究新知

1、出示情境 师：智慧老人家新买了一处房子，准备装修。但是准备铺客厅地板时遇到了难题，我们一起去看看。（电脑显示客厅平面图）师：这是智慧老人家的客厅平面图，要在上面铺木地板，要买多少平方米的木地板呢？这就需要求出什么？谁能来估计一下。师：谁估计得更准确呢？就必须计算出这个图形的面积。那么，怎样把这个图形转化成已学过的图形呢？

2、动手操作，合作探究

①独立操作寻找方法 师：请同学们利用手上的材料动手做一做。

②小组合作探究面积的计算方法 师：想好的同学以小组为单位说说你的想法。

③全班交流 师：谁能介绍一下你们是怎么样把这个图形转化成已学过的图形的？ 学生介绍自己不同的想法。

4、归纳方法

① 我们在计算组合图形面积时用到了哪些方法？ 学生自由发言，教师总结“分割”“添补”。

②讨论：怎样对组合图形进行合理、有效的分割？

4、计算组合图形的面积。师：请同学们选择一种方法计算这个组合图形的面积。（生独立完成）师：谁来说说你是用哪种方法计算的。生介绍，师根据学生的介绍演示不同的方法。师：这几种方法你们最喜欢哪一种呢？ 生：第一种，第二种---师：为什么？（引导学生选择分得最少的，计算又简洁的方法）

5、师小结： 不管是分割还是添补，都是将组合图形转化为学过的基本图形。在计算组合图形的面积时有多种方法，同学们要认真观察，多动脑筋，选择自己喜欢而又简便的方法进行计算。

三、反馈练习，及时巩固。

1、教材89页第2题

2、教材89页第3题

3、教材89页第4题

4、教材89页第5题

四、小结 这节课你学会了什么？有什么收获？

第三篇：《我喜爱的体育活动》教学设计[周德琴钟玉萍]

设计理念

新课标下的课堂提倡生生互动，倡导自主合作。口语交际更应为学生创设一种自主学习、师生合作、生生合作的学习情境，鼓励学生大胆地与人交际，在自主合作的学习活动中，在活动化游戏中进行富有个性的口语交际活动。“我喜爱的体育活动”贴近学生生活，为学生提供了思维、交际的空间。学生在交际活动中可以自由地表达出不同的感受和独特的体验。本次话题也有利于学生在合作中认真倾听，参与评价。

教学目标

1了解常见的体育活动，愿意把自己喜爱的体育活动介绍给大家，培养口语交际的兴趣。

2能用几句话介绍清楚自己喜爱的体育活动。

3在交际中认真倾听别人发言，并积极参与评价，共同分享快乐。

教学重点

认真倾听别人发言，态度自然大方地讲清自己喜爱的体育活动。

教学准备

教师：1组织学生参加自己喜爱的体育活动。

2准备一场体育比赛的精彩片段（附有解说词）。

3本课的彩色挂图或者灯片。

学生：参加自己喜爱的体育活动，了解它的活动方法、活动规则等，感受在体育活动中的快乐。上课时将自己的体育器具带到课堂上来。

教学时间

1课时。

教学过程

一、创设情境，激趣导入

师：孩子们喜爱看精彩的体育比赛，现在老师就给你们放一段吧。请大家认真看，最重要的是认真听，听听解说员是怎样介绍这次精彩的体育活动的。

1 生认真看，专心听。

2 生同桌交流后发言。

二、观察教材图画，开展交际活动

1（出示书上的插图）师：看，课间孩子们都在高兴地参加他们喜爱的体育活动，你知道他们参加的是哪些体育活动吗？（注意观察顺序。）

2你能用“有的„„有的„„有的„„还有的„„”把图中的意思说清楚吗？

（1）边观察，边练习。

（2）同桌相互交流，注意倾听、评价。

（3）全班汇报。

三、畅谈自己喜欢的活动，共享快乐

师：是啊！体育活动有很多很多，孩子们也都有自己喜欢的体育活动。想像解说员一样把你喜爱的体育活动介绍给自己的好伙伴吗？我们是第一次当解说员，不可能把每个地方都介绍得十分清楚，我们可以只讲清是怎么活动的，为什么喜欢这项体育活动就行了，也可以将你带来的体育器具介绍给大家。看谁讲得最精彩。

1先自己准备、练习。

2分组交流，注意倾听，共享快乐。

师强调：说话的孩子声音要洪亮，态度要大方。听的孩子认真听，听后要对伙伴的发言进行评价，大家要共同进步。

3小组推荐一人在全班汇报。

上台介绍，要求说清楚，态度自然大方。听的孩子要认真听，听后必须积极评价。

四、话说“体育节目”，了解体育知识

师：大家都喜欢看电视，我要请大家说一说：哪些节目是专门介绍体育活动的？你们都了解哪些与体育有关的知识？（运动会、球赛、运动健将„„）

师：开展体育活动有哪些好处？请大家说一说。（快乐、增强体质、长高长壮、增进团结、培养勇敢精神„„）

五、创造活动，体验快乐

师：老师建议，就在教室有限的空间里，各小组创造一种人人参与的体育活动。

1创造活动，合作练习。

2分组表演汇报，并为自己组的活动进行简单解说，或者创编一句体育口号。

六、师生共同总结学习收获

七、联系生活，拓展延伸

1多参加各种体育锻炼。

2多看体育节目，了解体育知识。