Diseño full-custom de un generador de pulsos de reset. Estudio teórico y diseño a nivel microelectrónico empleando la herramienta CADENCE. Reset pulse generator full-custom design with CADENCE tool.

1. Generador
de pulso
de reset
Circuitos
Microelectrónicos
Jesús Pardal Garcés
Marc Tena Gil
28/9/2010

2. Índice
Título…………………………………………………………………….1
Índice………………………………………………………………….…2
Síntesis de un generador de pulso. ................................... 3
Trigger Schmitt ............................................................... 7
Bibliografía ...................................................................... 18

3. Síntesis de un generador de pulso.
El trabajo a realizar es un generador de pulsos basado en un Trigger
Schmitt. El primer paso, y la base de esta memoria es el diseño FULL-
CUSTOM del inversor Trigger Schmitt. A continuación, atendiendo al
esquemático que se nos proporciona(Figura 4), hay que hacer el
dimensionado de los transistores para cumplir las restricciones temporales
del generador de pulsos.
Primero detallaremos las especificaciones de todo el circuito y tras ello
empezaremos a desarrollar cada parte.
TRIGGER SCHMITT
La funcionalidad de un inversor Trigger Schmitt es la de evitar los cambios
involuntarios de los niveles de tensión de una señal debido a las
variaciones por ruido. Un inversor normal y corriente produce el salto de 0
a 1 lógico o viceversa cuando la tensión pasa por ; en cambio el
Trigger Schmitt presentas un ciclo de histéresis, es decir, no invierte su
salida a menos que a su entrada se alcance cierto umbral de tensión
menor en el caso que estemos en un nivel alto, o hasta que alcance un
umbral de tensión superior en el caso de un nivel bajo.

4. La figura de la siguiente página resulta bastante esclarecedora.
Figura 1: Gráfica comparativa inversores
Las especificaciones para el T.S. hacen referencia a los umbrales de
tensión de la histéresis:
Figura 2: Esquemático del T.S.

5. Figura 3: Función de transferencia del T.S.
Una vez concretado el Trigger Schmitt pasamos a ver el generador de pulsos de reset.
Figura 4: Esquemático del generador de pulso

6. Consiste en la carga controlada de un condensador (C1) para poder
inicializar un sistema electrónico digital o poder reiniciarlo cuando se
desee.
Como viene explicado en el enunciado el transistor M3 está siempre en
conducción (zona lineal) cargando el condensador, teniendo un nivel alto
a la salida del Trigger Schmitt.
Cuando se quiere generar el reset se activaría lo que en el esquemático
aparece como la fuente de Reset, activando el TRT M1, dejando un camino
hacia tierra muy poco resistivo para que el condensador consiga
descargarse a pesar de que M3 intente la tarea contraria, y finalmente
producir un nivel alto a la salida del circuito.
Especificaciones:
Un pulso de inicialización, para un Power-On-Reset, de un ancho
no inferior a 40 nS.
Una reinicialización, a través de un pulso a nivel bajo de Reset, de
ancho inferior a 4 nS.
Compatibilidad con las Reglas de Diseño AMS de 0.35 μm.
Figura 5: Especificaciones temporales pulsos de reset

7. Trigger Schmitt
El procedimiento a seguir es el siguiente:
En primer lugar haremos un esquemático del Trigger Schmitt para simular
el inversor, comprobar su correcto funcionamiento y ajustar sus
características.
Tenemos dimensionamiento mínimo para los transistores P1, P2 (1,2 x
0,35) y N1, N2 (0,4 x 0,35); como se puede observar hemos compensado
los transistores P con un área del triple que los N para obtener una
respuesta simétrica de esta parte, pues los electrones tienen una
movilidad entre 2 y 3 veces superior a la de los huecos (ganancia
intrínseca entre 2 y 3 veces mayor del material tipo n que el tipo p por lo
dicho). **Observar figura 3 para lo notación de los TRT
Figura 6: Esquema eléctrico del T.S. en el CADENCE

8. Los transistores P3 y N3 serán dimensionados para obtener los umbrales
de inversión pedidos en el enunciado mediante una simulación
paramétrica; inicialmente haciendo un barrido más grueso y con pocos
valores, y una vez localizados los valores próximos a los exigidos, se hace
un barrido paramétrico más fino hasta encontrar un valor aceptable de
los niveles de tensión.
La siguiente captura de pantalla muestra los valores definitivos de los
anchos, que será de 9 para el P3 y de 2 para el N3.
Figura 7: Valor finales del dimensionado para los umbrales
A continuación presentamos las simulaciones y sus detalles para obtener
los umbrales. En las figuras más detalladas se aprecia la comparativa entre
el diseño original y el diseño FULL-CUSTOM extraído que presentaremos
más adelante.

9. Figura 8: Simulación del Trigger Schmitt
Figura 9: Detalle de las formas de onda

10. Figura 10: Umbral superior (VTN = 2,5 V)
Figura 11: Umbral inferior (VTP 0,6 V)

11. Una vez que el T.S cumple especificaciones creamos un símbolo para
poder trabajar con él más adelante.
Figura 12: Símbolo del Trigger Schmitt
Las figuras 13 y 14 muestran el diseño del layout con la tecnología AMS
de 0,35 micras con el software de CADENCE.
Cabe comentar que el layout se intenta diseñar lo más simétrico posible y
minimizando el área que ocupa.
Tras el diseño del layout se hace la extracción del diseño de manera
automatizada la cual reconoce los transistores que se han dibujado, así
como los elementos parásitos por no ser componentes ideales.
Tras ello, con la herramienta LVS podemos detectar posibles errores por
las discrepancias entre el diseño que pretendemos hacer y el final.
Como último paso falta hacer un nuevo testbench para simular
conjuntamente el diseño original y la extracción del layout, en el cual se
apreciarán los efectos de los elementos parásitos (observar figuras 8, 9,
10, 11).
De todo este procedimiento tampoco cabe comentar mucho más pues las
explicaciones de los procedimientos empleados y de diseño aparecen en
los guiones de las prácticas de clase.

12. Figura 13: Layout del Trigger Schmitt

13. Figura 14: Extracción del layout

14. Figura 15: Extracción del layout
Para terminar nos falta hacer un testbench del circuito de aplicación del
Trigger Schmitt, para dimensionar primero los transistores y cumplir las
especificaciones temporales, y posteriormente compararlo con otro
testbench empleando nuestro T.S. extraído.

15. Figura 16: Testbench de la resimulación
Figura 17: Resultados obtenidos

16. Se puede apreciar como durante el pulso de reset el condensador se
descarga prácticamente del todo y empieza a cargarse (color cian) tras la
desactivación de dicha señal. Pasando la salida a nivel alto durante la
descarga y a nivel bajo cuando la tensión en el condensador llega al
umbral superior (2,5 V) del Trigger Schmitt.
Comentar finalmente que se observa como la curva de la salida del T.S.
que hemos diseñado es algo más lento debido a los efectos parásitos
comentados anteriormente (resistencias y capacidades extras).
Figura 18: Ancho del pulso de Reinicialización
En la figura se puede ver en la parte inferior derecha el ancho del pulso de
Reinicialización medido con los cursores que nos ofrece el software para
facilitarnos el trabajo (4,01 ns).

17. Figura 19: Ancho del pulso de Inicialización
Al igual que en la imagen anterior, podemos medir el ancho del pulso que
en este caso son 40,64 ns.

18. Bibliografía
http://es.wikipedia.org/
Apuntes de la asignatura Circuitos Microelectrónicos,
Antonio Rubio. Diseño de circuitos y sistemas integrados. Edicions UPC,
Barcelona, 2003