MCML gate design methodology ante the tradeoffs between MCML and CMOS applications - Canal, Bruno (2016)
Este trabalho propõe uma metodologia de projeto para células digitais MOS Current-Mode Logic (MCML) e faz um estudo da utilização destes circuitos, frente à utilização de células CMOS tradicionais. MCML é um estilo lógico desenvolvido para ser utilizado em circuitos de alta frequência e tem como princípio de funcionamento o direcionamento de uma corrente de polarização através de uma rede diferencial. Na metodologia proposta o dimensionamento inicial da célula lógica é obtido a partir do modelo quadrático de transistores e através de simulações SPICE analisa-se o comportamento da célula e se redimensiona a mesma para obter as especificações desejadas. Esta metodologia considera que todos os pares diferencias da rede de pull-down possuem o mesmo dimensionamento. O objetivo através desta metodologia é encontrar a melhor frequência de operação para uma dada robustez da célula digital. Dimensionamos células lógicas MCML de até três entradas para três tecnologias (XFAB XC06, IBM130 e PTM45). Comparamos os resultados da metodologia proposta com o software comercial de otimização de circuitos, Wicked™, o qual obteve uma resposta de atraso 20% melhor no caso da tecnologia XFAB XC06 e 3% no caso do processo IBM130. Através de simulações de osciladores em anel, demonstramos que a topologia MCML apresenta vantagens sobre as células digitais CMOS estáticas, em relação à dissipação de potência quando utilizada em circuitos de alta frequência e caminhos de baixa profundidade lógica. Também demonstramos, através de divisores de frequência, que estes circuitos quando feitos na topologia MCML podem atingir frequências de operação que em geral são o dobro das apresentadas em circuitos CMOS, além do mais atingem este desempenho com uma dissipação de potência menor que circuitos CMOS. A natureza analógica das células MCML as torna susceptíveis às variações de processo. Variações globais são compensadas pelo aumento dos transistores da PDN, já casos de descasamentos, por não terem um método de compensação, acabam por degradar a confiabilidade do circuito. Na avaliação da área ocupada por célula, a topologia MCML mostrou consumir mais área do que a topologia CMOS.