Podręcznik

Czasy propagacji sygnału w bramkach NOR i NAND są określone przez ten sam mechanizm, co w inwerterze - ładowanie pojemności obciążającej poprzez tranzystory pMOS, rozładowywanie poprzez tranzystory nMOS. Do oszacowania czasów propagacji można użyć zależności 2-7 i 2-8, w których trzeba podstawić wartości L/W dla N połączonych równolegle (i równocześnie włączonych) tranzystorów, czyli szerokość pojedynczego tranzystora należy pomnożyć przez N. Czas propagacji wówczas maleje N-krotnie, co jest z reguły korzystne. Gdy N tranzystorów połączonych jest szeregowo, wówczas przez N należy pomnożyć długość kanału pojedynczego tranzystora L. W tym, bardzo niekorzystnym, przypadku czas propagacji rośnie N-krotnie. Nadmiernemu wydłużeniu czasu propagacji przeciwdziała reguła poszerzania kanałów tranzystorów połączonych szeregowo, o której była mowa wyżej. Jeżeli w szeregowym połączeniu N tranzystorów kanały są poszerzone N-krotnie, to w pierwszym przybliżeniu niekorzystny efekt N tranzystorów połączonych szeregowo jest skompensowany N-krotnym poszerzeniem ich kanałów.

W rzeczywistości jednak większa liczba tranzystorów w bramce wydłuża czasy propagacji także dlatego, że suma pojemności ładowanych i rozładowywanych jest większa. W połączeniu równoległym sumują się pojemności złączowe drenów wszystkich tranzystorów. W połączeniu szeregowym dochodzą dodatkowe pojemności związane z węzłami wewnętrznymi w łańcuchu połączonych szeregowo tranzystorów. Pojemności te przedstawia rysunek 2-16 na przykładzie bramki NAND.
 

Rysunek 2 16. Pojemności w bramce NAND, które ulegają ładowaniu i rozładowywaniu przy zmianach stanów logicznych

Większa suma pojemności w bramkach wielowejściowych wydłuża czasy propagacji. Jest to drugi powód, dla którego nie używa się bramek o dowolnej liczbie wejść. Powtórzmy więc jeszcze raz: w praktyce nie stosuje się bramek statycznych NOR i NAND o liczbie wejść większej niż 4.

Podsumujmy: projektowanie bramek NOR i NAND w najprostszym przypadku odbywa się następująco. Dla tranzystorów połączonych równolegle zachowuje się te same wymiary, które określone zostały dla inwertera. Dla tranzystorów połączonych szeregowo zwiększa się szerokość kanału tylokrotnie, ile jest tranzystorów w szeregowym łańcuchu. Jeżeli bramka jest obciążona pojemnością zewnętrzną znacznie większą od sumy pojemności wewnętrznych, to dla skrócenia czasów propagacji można poszerzyć kanały tranzystorów. Poszerza się wtedy wszystkie tranzystory w bramce w tej samej proporcji.