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关于扇出(fanout)的进一步探讨问题 zz

热度 3已有 2893 次阅读| 2009-4-3 10:56 |个人分类:FPGA设计

扇出应该是一个门对它后续门的驱动能力,那么就是说对于某个门它都有一个扇出的限制数,书上说超出了这个限制数,后续门的工作状态可能就不正常了。那么我现在有几个问题请求和朋友们探讨一下:

1.如果我需要驱动的门的数目超出了扇出限制,那么我在扇出的位置增加驱动器可行么?那么是不是只要多加驱动器就可以驱动无数的扇出呢?

2.扇出对速度的影响大么?电路里面的延时可以分成门延时,线上延时和扇出延时(当然也包括FF的建立时间等等),那么大的扇出是不是有可能形成电路里面的crucial path?那么怎么解决呢?加驱动器可以解决速度的问题么?还是把大的扇出分解为小的扇出?比如有100个扇出,那么就用FF把这100个分成两组50个的扇出,这样把100个扇出本来在一个cycle执行的扇出分解为两个cycle执行?

 

数电里有个很重要的概念:Fan out:“一逻辑门的输出需要驱动多个等效门的输入,称输出端接的需要驱动的等效门数为扇出F”。

试想,加的负载越多,由栅电容并联组成的负载电容就增大,从而使电路延迟增大,以及电荷分配又使其输出给负载的电压降低。所以有个驱动能力问题!

这里,我们需要做的是 如何在增多负载时,仍使该线路上的延时保持基本不变,以便和其他线路上的时序关系保持同步.

这就是 我们分析和设计集成电路时的一个基本出发点。

 

 

 

扇出的能力主要是由管子的静态特性和动态特性来决定。

所谓的静态特性,就是前一级的管子对后级的直流电流驱动能力,而能使其稳定工作于Q点,就是其电阻性的表现,也叫DC-Load;

而动态特性是指电路对于电压切换速度方面的需求(就是高低电压互相切换的速度)。因为无论是线上还是管子本身都有一个等效的容值,这个速度就是电容的充放电时间,也就是RC常数。这时表现为容性,也叫AC-Load.当扇出数超过某个值的时候,电压的切换速度已经不能满足系统的要求(unaccepetable)(就是已经不能满足系统对频率的要求).

静态特性与动态特性同时对管子起作用,但是一般考虑起主要作用的那个(stringent limitation prevails).



对于TTL器件来说,一般考虑的是静态的特性,也就是有多大的电流驱动能力。

而对于Mos器件来说,如果后面驱动的也是Mos管的话,因为流过后级管子的电流就是管子的漏电流,这个电流极小,因此可以忽略不计。因而可以认为其后级的输入电阻是无穷大的,所以一般不考虑其静态特性,而考虑其动态特性,也就是电容性。(这就是李澎和odd_kylin都在解答中所提到的Mos管子一般不考虑其驱动能力的意思)



而MOS管上升与下降时间的延迟(RC常数)主要考虑两个因素:一是R,就是开门管子(ON-transistor,这个我不知道怎么表达)的等效电阻,二是C,后级的等效电容。因为组成反向器的两个MOS管在开关的时候使用不同的NP沟道,这两个沟道的阻值是不同的,因而造成了上升时间和下降时间的不同,上升时间会长一点,而下降时间会比较短。(这就是 odd_kylin解答中所说的“常见的对速度要求较高的输入都是下降沿驱动”,但是我觉得 odd_kylin的所叙述的原因还有商榷的余地,我比较认同的是书上的原因:就是NP沟道所不同的电阻造成RC常数的不同。)

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