Chipentwicklung fu127 ur Pixel - Prof. Dr. Norbert Wermes ...
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1. Di erentielle Stromlogik<br />
Die Entwicklung von integrierten analogen und digitalen Systemen (mixedsignal-Systeme)<br />
stellt besondere Anforderungen an das Design. Sensible<br />
analoge Schaltungen sollen d<strong>ur</strong>ch digitale Schaltungen und Rauschen nicht<br />
beeinflusst werden. Ver<strong>ur</strong>sacher des Rauschens sind Übersprechen (crosstalk),<br />
instabile Versorgungsspannungen und Substrateinkopplungen. Die Rauschbeiträge<br />
dieser Effekte übersteigen thermisches Rauschen oder Schrotrauschen<br />
gewöhnlich um einige Größenordnungen.<br />
Übersprechen bezeichnet kapazitive Einkopplungen eines Signals auf benachbarte<br />
Leitungen. Diese Einkopplung ist proportional zum Spannungshub des<br />
Störsignals. Die Stärke der Kopplung wird d<strong>ur</strong>ch die Kapazität zwischen<br />
diesen Leitungen bestimmt. Falls die Leistungsaufnahme von Schaltungen<br />
vom Schaltsignal abhängig ist, so flie t in den Versorgungsleitungen ein nichtkonstanter<br />
Strom. Dieser Stromfluss führt wegen der ohmschen Widerstände<br />
der Zuleitungen zu einem Spannungsabfall der Versorgungsspannung (IRdrop)<br />
und zu einem Spannungsanstieg des Masse-Potentials (ground-bounce).<br />
Ma nahmen z<strong>ur</strong> Reduzierung des Rauschens bestehen in der räumlichen<br />
Trennung von analogen und digitalen Komponenten, Trennung von digitalen<br />
und analogen Versorgungsspannungen, oder Abschirmung der analogen<br />
Schaltungen. Übersprechen lässt sich zusätzlich d<strong>ur</strong>ch Verkleinern des Spannungshubs<br />
von digitalen Schaltungen reduzieren. Elektronik für <strong>Pixel</strong>- und<br />
Streifendetektoren integriert analoge und digitale Schaltungen auf engstem<br />
Raum. Daher ist hier häu g eine räumliche Trennung von Schaltungen nicht<br />
möglich. Das Problem des Übersprechens lässt sich d<strong>ur</strong>ch Verwendung einer<br />
differentiellen Konstantstromlogik für digitale Schaltungen anstelle von<br />
CMOS-Logik (complementary metal-oxide-semiconductor) abmildern.<br />
Im Rahmen dieser Arbeit w<strong>ur</strong>de eine spezielle differentielle Stromlogik [7]<br />
verwendet die im Folgenden vorgestellt werden soll.<br />
1.1 CMOS-Logik<br />
Ein Schaltvorgang an einem CMOS-Inverter (Abbildung 1.1) wird von einem<br />
hohen Stromfluss d<strong>ur</strong>ch einen der beiden Transistoren begleitet. Dieser Strom<br />
dient dem Umladen der Ausgangskapazität 1 . Zusätzlich kann Strom direkt<br />
1 Ausgangskapazitaten sind z.B. Eingangskapazitaten anderer Schaltelemente oder<br />
Kapazitaten der Zuleitungen
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