디지털 집적회로 해석 및 설계 7-2

7.전달 게이트 및 다이내믹 로직 설계

CMOS 전달 게이트

CMOS 전달 게이트는 NMOS, PMOS 둘 다 사용하기 때문에 

한소자의 약점이 다른 소자의 강점에 의해 극복된다는 점이 확실한 장점이다.

CMOS 전송 게이트는 가장 대표적으로 멀티플렉서 역할로 사용된다.

멀티플렉서 구조

이러한 유형의 MUX 기능이 적절하게 동작하려면

첫째, 멀티플렉서의 데이터 입력은 모두 유효해야하고

둘째, 제어 신호는 한 번에 한 경로만 턴 온시켜야한다.

CMOS 전송 게이트는 어떤 함수를 효과적으로 구현하기 위해 조합논리 블록과 함께 사용될 수도 있다.

CMOS 전송 게이트 지연 

다이내믹 D 래치 및 D 플립플롭

a의 문제점

첫째, 출력 전압은 Vdd-Vt까지만 상승한다.

둘째, 클록이 로우로 떨어지면 Q에 클록 피드쓰루가 존재한다.

셋째, 사용 가능한 출력이 존재하지 않는다.

넷째, 클록이 로우로 떨어진 후 출력이 하이-Z 상태에 있게 되어 모든 전하 손실의 메카니즘에 취약하다.

b는 Vt 강화 및 클록 피드쓰루 이슈를 해결할 수 있는 회로

하지만 노드 Q에서의 다이내믹 저장 때문에 회로의 신뢰도는 여전히 의문스럽다.

래치가 오프일 때의 값을 정적으로 유지하기 위한 피드백 루프가 필요하다.

투명 모드에서는 TG1이 온이고 유지 모드에서는 TG2가 온이다.

래치가 유지 모드에 있을 때 TG2는 첫번째 Qout을 인버터의 입력으로 되먹임함으로써

재생성의 이점을 활용하는 역할을 수행한다.

하지만 여기도 CLK가 하이로 갈때 NotCLK가 로우로 가기 전까지 약간의 지연이 존재한다는 점이다.

이는 충돌을 발생시킨다. 이는 게이트의 적절한 크기 결정을 통해 해결할 수 있다.

전진 경로를 피드백 경로보다 더 강하게 확실히 하는 것이다. TG1이 충분히 커야한다.

좀 더 일반적인 버전

다이내믹 로직은 전하공유, 피드쓰루, 전하누설, 단일 사건 혼란 등의 문제 때문에 사용이 제한되어 있다.

하지만 다이내믹 접근법은 슈도 NMOS보다 적은 전력으로 더 빠른 회로를 설계할 수 있도록 해주므로 연구 가치가 있다.

다이내믹 게이트의 출력에 인버터를 추가하는게 단, 이들의 결합이 도미노 단, 도미노 로직이다.

  

다이내믹 게이트에서는 풀 다운이 강하고 스태틱 인버터에서는 풀 업이 강하도록 도미노 단을 설계해야 한다.

도미노 단은 실제로 일반 게이트보다 더 빨리 스위칭한다. 또 전력도 절약할 수 있다.

크로우바 전류에 의한 소모가 없고 글리치도 없기 때문이다.

단점은 비반전 함수를 만들어 내는데만 사용할 수 있다. 인버터를 구현할 수 없다는 뜻이다.

또한 전하 손실로 인한 로직 혼란이 발생할 가능성이 있다.

전하공유, 용량성 커플링, 잡음 주입, 전하누설 혹은 알파 입자 때문이다.

도미노 로직에선 듀얼 레일, 차동 도미노 로직이 많이 사용된다.