14.4 2-Bit Addierer (MOS-Modell)



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14.4 2-Bit Addierer (MOS-Modell)

 

Eine größere digitale Schaltung, die mit JANAP simuliert wurde, ist ein binärer Addierer für 2 Bits. Abbildungen 14.12 und 14.13 zeigen die Eingabe zur Beschreibung der Schaltung für SPICE bzw. JANAP. Der 2-Bit Addierer setzt sich aus zwei 1-Bit Addierern zusammen. Jeder 1-Bit Addierer besteht aus neun NAND-Schaltungen. Die NAND-Schaltung selber ist mit MOS-Transistoren (je zwei PMOS und NMOS-Transistoren) realisiert. Für die Modellierung der Transistoren wird das Level 1 MOS-Modell von SPICE herangezogen [100]. Dies entspricht dem Modell erster Ordnung nach Sichman und Hodges [111].

Die Eingangssignale des 2-Bit Addierers werden durch Impulsspannungsquellen modelliert. Die Impulse haben eine Flankensteilheit von 1 V/ns. Die Periode der Eingangssignale beträgt 50 ns.

Das Ergebnis der Simulation (der Anfang) ist in Abbildung 14.14 dargestellt. Das Bild links oben stellt die Eingaben für Bit 1, daneben die für Bit 2 dar. In den zwei Bildern darunter sind die Ausgangssignale für Bit 1 und Bit 2 dargestellt. Das unterste Bild zeigt das Signal für das Übertragsbit. Bei den Ausgangssignalen ist das typische Einschwingverhalten einer digitalen MOS-Schaltung beim Zustandswechsel zu erkennen, das durch die Kapazitäten im Transistor hervorgerufen wird. Wenn beide Eingangssignale für ein Bit gleichzeitig umschalten, können während der Umschaltphase falsche Ausgangssignale auftreten. Die Dauer dieser Signale liegt jedoch unter der Umschaltzeit.

Einige charakteristische Werte über die Größe des Gleichungssystems und die Simulation sind in Tabelle 14.11 zusammengefaßt. Es ist die deutlich höhere Anzahl von Unbekannten in JANAP zu erkennen, wobei 39% der Unbekannten a priori ausgerechnet werden können. Ein Großteil der Gleichungen des Gleichungssystems (66%) sind Topologiegleichungen. Im Vergleich zu SPICE ist die Jacobi-Matrix extrem schwach besetzt. Im Vergleich zum vorigen Beispiel des Operationsverstärkers mit bipolar Transistoren ist die durchschnittliche Besetzung der Zeilen der Jacobi-Matrix geringer, da die MOS-Transistoren einfachere Modelle haben.

  
Abbildung 14.11: 2-Bit Addierer: Charakteristische Werte

  
Abbildung 14.12: 2-Bit Addierer: SPICE Eingabe

  
Abbildung 14.13: 2-Bit Addierer: JANAP Eingabe

  
Abbildung 14.14: 2-Bit Addierer: Simulationsergebnis



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Martin Stiftinger
Fri Jun 9 19:49:39 MET DST 1995