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By Hans-Ulrich Post

ISBN-10: 3322848159

ISBN-13: 9783322848154

ISBN-10: 3519022672

ISBN-13: 9783519022671

Der hohe Integrationsgrad moderner MOS-Technologien verlagert den Entwurfs schwerpunkt digitaler Schaltungen von der physikalischen Ebene hin zur logischen Ebene. In der Vergangenheit optimierten technologieorientierte Schaltungsspezialisten die Funk tionalitat der Systeme hinsichtlich der begrenzten Chipflache. Heute bedeuten die alltagli chen SystementwOrfe keine Herausforderung mehr an den Chipflachenbedarf. Die process entwickler sind im Gegenteil aufgrund der funktionellen Komplexitat der Systeme oft kaum in der Lage, das realisierbare Chipflachenangebot auszunutzen; denn der hohe Integrati onsgrad bietet die Meglichkeit, komplexe Algorithmen und Programmteile direkt in VLSI EntwOrfe umzusetzen. Der Entwickler komplexer digitaler Systeme sollte in der Lage sein, den Entwurf durchgan gig von der algorithmischen Beschreibung (Verhalten) bis hin zur physikalischen Verwirkli chung (Layout) durchfOhren zu kennen, um effiziente Lesungen zu finden und die castle schritte in der integrierten Schaltungstechnik ausnutzen zu kennen. FOhrt auch die Entwurfsautomation und der Einsatz von Halbfertigprodukten (in shape von regular zelienentwOrfen und Gate-Arrays) zu einer weitgehenden Entlastung von den Problemen der physikalischen Entwurfsebene, so soli doch mit diesem Buch das Wissen zum Entwurf maBgeschneiderter Zellen vermittelt werden. Dieses Wissen ist fOr den technisch ori entierten Informatiker aus zweierlei GrOnden interessant: Erstens wird er in die Lage ver setzt, die Wahl der Entwurfsstile kritisch gegeneinander abzuwagen sowie deren Entwicklungstrends mit ihren Auswirkungen auf den"Systementwurf beurteilen zu kennen, zweitens ist der Entwicklungsstand der Entwurfsautomation noch nicht abgeschlossen, und es besteht in Verbindung mit der Anwendung von Workstations der Bedarf nach Hin tergrundwissen im Bereich des physikalischen Entwurfs."

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Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatig keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer - In stitut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Herrn Professor Dr. -Ing. H. -J. Warnecke, dem Direktor des IPA und Leiter des Instituts fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart, bin ich fur seine wohlwollende Unterstutzung und Forderung sowie fur die wertvollen Hinweise zu der Arbeit zu grossem Dank ver pflichtet.

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NMOS-Enh. NMOS-Depl. H-MOSI Jahr der Einfuhrung Kanallange/pm Gate-Oxid-Dicke/nm Tiefe der Diffusion Xj/pm Versorgungsspannung/V Gatterverzogerung/ ns Power-Delay-ProduktjpJ Jahr der Einfuhrung Kanallange/pm Gate-Oxid-Dicke/nm Tiefe der Diffusion Xj/pm Versorgungsspannung/V Gatterverzogerung/ ns Power-Delay-Produkt/pJ 1966 7,5 120 2 -24 100 50 1972 6 120 2 12 12 18 1974 6 120 2 12 4 4 1977 3 70 0,8 5 H-MOSII H-MOSIII CH-MOSIII CH-MOSIV 1980 2 40 0,5 5 0,4 0,5 1983 1,2 25 0,3 5 0,2 0,25 1984 1,2 25 0,3 5 0,2 0,01 1987 0,8 18 0,2 5 0,1 0,005 Die Jahreszahlen geben den Produktionseir1satz an.

1m idealen Fall ist PON "" 2POp, so daB beim p-Kanal-Transistor Wp = 2WN ware. Damit sind jedoch keine Minimalstrukturen moglich. Wie bereits erwahnt, wird bei dem in der Wanne befindlichen Transistortyp die Ladungstragerbeweglichkeit reduziert. In der p-Wanne wird daher der gute Transistor (n-Kanal) beeintrachtigt und in der n-Wanne der schlechte (p-Kanal). Ein wesentliches Argument fUr die auf dem p-Kanal-ProzeB basierende Variante besteht darin, daB der p-Kanal-Transistor optimiert werden kann und damit kleinere Geometrien moglich sind (ungefahr Wp = 2WN)' Fur die andere ProzeBvariante ergibt sich ungefahr Wp = 3WN' Der Hauptvorteil der nWannen-CMOS-Technologie liegt in ihrer Kompatibilitat zur NMOS-Technik.

43 1m folgenden sollen nun einige der wichtigsten Effekte und Modellerganzungen aufgezeigt werden, mit denen eine genauere Schaltungsberechnung moglich ist. Substrateffekt. Die Schwellspannung UT eines MOS-Transistors setzt sich aus mehreren Ladungsanteilen zusammen, zu denen auch die Ladung der Raumladungszone zwischen Kanal und Substrat gehort. Diese Ladung ist abhangig von der angelegten Spannung zwischen Source und Substrat (Substratvorspannung USB), d. h. daB auch die Schwellspannung von dieser Spannung abh8ngig ist.

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Entwurf und Technologie hochintegrierter Schaltungen by Hans-Ulrich Post


by Edward
4.4

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