Történelem Planar techn. Dinamikus – kapacitív tárolás Küszöbfeszültség instabilitás – analóg…

1. Történelem • Planar techn. • Dinamikus – kapacitív tárolás • Küszöbfeszültség instabilitás – analóg… • CODEC – telefónia • EPROM – floating gate • Mikroprocesszor, memóriák • Gordon Moore • Scale-down • Áramkör-elmélet (kódolás, szűrés, etc.) • Analogic • „electronic grade” • Team – tudományágak • „Intellectual property”, IP Microelectronics

2. gate-oxid polysilicon gate Gate Drain Source csatorna n+ n+ p-szubsztrát Rövidcsatornás „telítéses” üzem: Küszöbfeszültség alatti működés: Microelectronics

3. T2 B T1 Cp A • Szubsztrát visszahatás Usb ΔVth=0,5 Usb 1/2 Microelectronics

4. Drain Cdb Cgd Szubsztrát Gate Cgs Csb Cgb Source Parazita elemek Microelectronics

5. nMOS-tranzisztor pMOS-tranzisztor G G S D S D n-zseb p+ n+ p-szubsztrát Latch-up • Latch-up Microelectronics

6. Gate rg Ugs’ Cgs Cgd ri gmUgs’ rs rd Source Drain Cgb Cdb Idb Csb D1 D2 Bulk (szubsztrát) Microelectronics

7. Szubsztrát Gate Drain Source n+ p n+ Hordozó p L • Vertikális tranzisztor Microelectronics

8. Gate oxid réteg UG poliszilicium gate réteg US UD n-adalékolt drain réteg n-adalékolt source réteg Nincs parazita Csatorna a p-szubsztrátban Szigetelt hordozó pl. zafír • Silicon-on-Sapphire, SOS Microelectronics

9. Bázis Kollektor Emitter n+-emitter n+-kollektor hozzávezetés p-bázis n-kollektor n+-kollektor eltemetett réteg p-szubsztrát • Integrált bipoláris tranzisztor Microelectronics

10. 3. VLSI chip 2. VLSI chip Tokozás 1. VLSI chip Kerámia hordozó Tokozások MCM, szendvics-szerkezet (mikrohullámú összeköttetések) Microelectronics

11. Q Q VDD T4 T3 Q T1 A A T2 • Kaszkád feszültségkapcsolt logika (Cascade Voltage Switch Logic, CVSL) Ellentétes (differenciális) vezérlés Ha bemenetek=lebeg, akkor kapacitív tárolás) VDD T4 T3 Q T1 T2 D D CLK Microelectronics

12. Logikai családok statikus CMOS dinamikus CMOS (Domino) transzfer gates áramkapcsolt (CML) kaszkád feszültség-kapcsolt (CVSL) emittercsatolt (ECL) BiCMOS adiabatikus, retractile Microelectronics

13. Vcc p p A Y=A +B B C t n n ELŐTÖLTÉS p Y=A.B n A C ki n B KIÉRTÉKELÉS n VCC  Logikai családok 1.Statikus CMOSlogika. 2. Dinamikus CMOS logika. 3. Több-kimenetű Dinamikus CMOS logika. Vcc T1 Y1 C1 T2 D  Y2 C2 A E M F B  Microelectronics

14. p A 4. Transzfer-gates logika. n A Y=A  B p n B Vcc 5.Emittercsatolt logika. R1 R2 B A Uref Y=A . B Microelectronics

15. Vcc T1 p A Q1 n T2 A T3 Ct n Q2 n T4 6. BiCMOS logika Microelectronics

16. Vcc p A A n Ct VDD R1 A·B+C·D URef 7. Current Mode Logic, CML URef D B A C CMOS alapinverter Microelectronics

17. Microelectronics

18. VCC p Q Q n C2 C1 n n SET RESET T1 p n Statikus RS-tároló. Brute force!!! Microelectronics

19.  Vcc DOMINO CMOS dinamikus, egyfázisú logika p Y=A.B A n C ki Cparazita B n  Vcc Vcc Vcc  n nMOS logika A.B A.B Y=A.B.D C3 C1 A C2 B D Statikus inverter DOMINO CMOS fokozatok összekapcsolása statikus inverterrel Microelectronics

20. GHz-es CMOS logikák időzítés – fázisjelek deskew áramkörök jel-regenerálás, átmeneti tárolók (transzparens latch-ek) differenciális jel-vezetés Microelectronics

21. VDD VDD T4 T7 CLK Q I1 I2 I3 Q M CLK C2 C1 T3 T6 T2 D T5 CLK T1 CLK • Gyors beírású, a kimeneten megfogott D-tároló Microelectronics

22. Memóriák Microelectronics

23. bit line V p p CC bit line n n n n word line read write read write 6-tranzisztoros statikus tároló cella Microelectronics

24. ECL kiolvasású 6-tranzisztoros tároló cella Read Word Line Read Bit LIne p p n n Q 1 n n - V EE out Q 2 Write Word Line V ref sense amplifier - V EE Microelectronics

25. VCC BL2 BL1 BL1 BL2 WL1 WL2 • Duál-port RAM Microelectronics

26. Oszlop szelektálás Bit Bit UG VDD, nincs áram Φ fázisjel nyitja T7-et, kiválasztjuk az oszlopot, ΔU feszültségek lépnek fel, T1, T2 az „erősítőre” kapcsol, T5 nyit, T6 zárva marad, UG→0, Adat ki = VDD, ui. T4 árama=0 kell legyen. Ha fordítva, akkor T6 nyit, T4 zárva, ezért Adat ki =0, nincs munkaellenállás! T5 zár, ezért UG=VDD. végül Φ→0, T7 lezár, • Áramtükrös SRAM kiolvasó erősítő T1 T2 VDD T7 +ΔU ΔU=0 T3 T4 Adat ki UG T5 T6 T7 Φ Microelectronics

27. Bit VDD Kis felhúzó áram T2 T1 Bit Oszlop szelektálás Billenőkörös kiolvasó erősítők Bit Bit T1 T2 Memória cellák WL Y Φ X Itt vezérel, nyitva, de I=0 VDD-10mV Oszlop T3 T4 T3 T4 VDD metastabil Y X Földelés T5 T5 T6 T6 Adat ki Adat ki T7 T7 T8 T8 Φ Φ T10 T11 T9 T9 b) Φ Φ a) Microelectronics

28. VDD VDD A0 ECL –MOS Translator Q1 URef CL Q2 • ECL sordekóder Microelectronics

29. Kimeneti vonal (invertált) • 3-tranzisztoros dinamikus (analóg) cella Bemeneti vonal T3 Read Analóg áramkörök: aritmetikához T1 T2 CS Write Microelectronics

30. bit line word line CS CBL read amplifier 1-tranzisztoros dinamikus RAM cella Microelectronics

31. Dummy Word line Word line Strobe2 V V ref ref p p Prech Prech bitline bitline C 1 C 2 n n C V s ref Strobe1 Prech Dummy cell Dinamikus RAM cella kiolvasó erősítő Microelectronics

32. C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 Clock Sor-cím Oszlop-cím Cím Burst kezdete Adat RAS Latency CAS Szinkron DRAM ütemezése Régi DRAM: aszinkron. Itt processzor tudja latency-t, és akkor olvas ki. Microelectronics

33. CKE BANK0 16 Mbit (1Mx16) control L D memory array 2048 CKL logic SDRAM 2K 256 16 * * CS row address row 256x16 WE CD 11 decoder latch CAS 2 sense amplifiers DML, DMH column RAS burst address I/O gating counter latch DQM mask logic command mode reg. data decoder 256 output register L C B D0-D15 column decoder data A0-A10 address register 256 input R register column BA sense amplifiers address row buffer I/O gating address DQM mask logic MUX multiplexer row refresh decoder counter row 256x16 address latch BANK1 refresh controller L D 2048 memory array 2K 256 16 * * Microelectronics

34. DDR (Double Data Rate)-RAM • EDO-RAM (kimeneti tároló, közben címek) • Beágyazott RAM-ok: dual oxide technique • RAMBUS • SAM • Video RAM Microelectronics

35. Vezérlő gate Lebegő (floating) gate Drain Source Csatorna UV-EPROM cella Kapacitív osztó, Lavina-hatás (hot elektron) Microelectronics

36. from gate + + n n Klasszikus EEPROM cella (Tunnelezés a drain-ről) Control gate 0 V +12V Kapcsoló tranzisztor +5V S D +12V + +5V 0 V +12V URead tunnel oxid to gate READ ERASE WRITE Microelectronics

37. Word line S D tunnel oxid + + n n Flash memória cella Bit line 0 V Word line D S +12V Közös föld Törlés: minden source → +12V, electronok: vissza source-ba Microelectronics

38. GND D +5V S +12V Split-gate EEPROM cella Alagút-hatás Control gate Source Drain GND D +12V n n S GND Forró elektronok c/ b/ a/ Microelectronics

39. 1. Bit-vonal 2. Bit-vonal WL0 WL1 WL14 WL15 Közös source • NOR-rendszerű Flash memória Helyfoglalás Write: source=0, BL=high, WL=+U Erase: közös source =+U, WL= -U, BL=lebeg egyszerre a blokk Read: source=0, drain=R, WL=cím Microelectronics

40. NAND-rendszerű Flash memória struktúra Jó helykihasználás, lassú (soros) Write (Tx): BLx szelektálás Source szelektálás, KS=0 BLx=0 WLx= ++U, a többi +U csatorna mindenütt, tunnel Tx Erase: zseb=++U, összes WL=0 minden cella törlődik Read (read-through, „cellákon át”): BL, KS szelektálás Source=0, BL= pull-up WL (nem Tx)=normál csatorna WLx=0, kiolvasás függ lebegő gate-től (BLX) 1. Bit-vonal 2. Bit-vonal Bit-vonal szelektálás WL0 Sor- dekóder WL1 WL14 (WLX) WL15 Közös source szelektálás (KS) TX Közös source Microelectronics

41. Programozott kapcsoló FPGA, redundáns memória, A/D kalibrálás D T1 Programozás A S UVez A Kapcsoló T2 rds B B Közös lebegő gate Microelectronics

42. szóvonal F fém 2 V fém SS V F poly DD 1 V V DD DD fém F 1 F poly 1 F 1 A 2 A 2 A A A 0 2 1 szóvonal A 1 poly A 1 F F A 2 1 0 V A SS 0 F 1 poly V fém SS Dinamikus sordekóder elrendezése Microelectronics

43. 9 bit program counter Main Memory BANK TAG-RAM 13 DATA-RAM MISS 9 CPU databus 8K x 9bit SRAM HIT decoder HIT / MISS comparator Cache-Tag memória struktúra Microelectronics

44. L3 cache L2 cache Cache memóriák Hierarchikus memória-felépítés: L1I, L1D utasítás és adat-memória L2 L3 Main memory Disc L1 utasítás cache és fetch Ugrás jóslás utasítás queue Regiszter- és stack-kezelés Elágazás regiszterek Egészszám regiszterek Lebegőpontos regiszterek Integer és multimédia egység Elágazás egység L1- adat cache Lebegő- pontos egység Busz vezérlő és ECC Microelectronics

45. A/D átalakítók Microelectronics

46. 8-bites flash A/D átalakító Uref Ube 0 R/2 ROM 256  8bit + R 0 + higany R 1 + 1 R + ‘Thermometer’ XOR R/2 D0 D7 Microelectronics

47. Aláosztásos (subranging) A/D átalakító Differencia-képző Hibajelerősítő D/A Mintavétel és tartás Digitális kimenet Logika Flash konverter Ube K1 Microelectronics

48. Telecom áramkörök Microelectronics

49. Jel-utak kialakítása 16x16-os kapcsoló-mátrix 1 • Analóg átvitel: • Rotary-gépek • Crossbar • Mechanikus relék • - Elszigetelt tirisztorok Be 16 Ki 1 16 14. bemenet→2. kimenet Microelectronics

50. N =2 2 Kapcsoló-mátrix és felbontása N = 4 1 n=16 1 1 4x2 4x2 1 4 4 5 5 4x4 Bemenetek 8 8 9 9 12 12 16 13 13 1 Kimenetek 16 16 16 Egyidejűleg max. nN2/N1 Microelectronics