Слой M3 в Pentium — это верхний металлический слой. Он толще, поэтому лучше подходит под основные линии питания и заземление чипа, а также для проводки шин большой протяжённости. На фотографии ниже широкая линия слева обеспечивает питание, а широкая линия справа - заземление. Питание и заземление распределяются по проводке в слоях M2 и M1, пока они не будут подключены к базовым транзисторам. В верхней части фотографии видны вертикальные линии шины; они тянутся на большие расстояния через блок с плавающей запятой. Обратите внимание на чуть более длинную линию, четвертую справа. По этой линии передается один бит данных из ПЗУ за счёт описанной ниже схемы. Точка внизу — это то, благодаря чему эта линия соединяется с коротким проводом в M2, соединенным с проводом в M1, в свою очередь соединенным с выходными транзисторами.
Прежде, чем разбирать подробную схему, будет краткий обзор МОП-транзисторов. В схеме КМОП используются два типа транзисторов — n-канальные или p-канальные, которые похожи, но при этом являются противоположными. p-канальный МОП-транзистор включается при подаче низкого сигнала на затвор, а n-канальный включается при подаче высокого сигнала; p-МОП обозначается на схеме символом с кружочком. p-МОП-транзистор лучше всего работает, когда на выходе у него высокий уровень, а n-МОП-транзистор - когда низкий. В КМОП-схемах эти два типа МОП-транзисторов обычно используются комплементарно для реализации совместно работающих логических затворов. Схемы ниже интересны тем, что они часто используют n-МОП и p-МОП-транзисторы независимо. Профессиональный Умный Pdu
Схема ниже — это «хранитель». Как уже говорилось выше, каждая линия ПЗУ заряжается на высоком уровне перед чтением ПЗУ. Однако этот заряд может исчезнуть. Задача хранителя — поддерживать на выходе мультиплексора высокий уровень, пока он не будет понижен. Это реализуется с помощью инвертора, подключенного к p-МОП-транзистору. Если сигнал на линии высокий, p-МОП-транзистор включится, выводя линию на высокий уровень. (Обратите внимание, что p-МОП-транзистор включается низким сигналом, поэтому и нужен инвертор.) Если ПЗУ переключит линию на низкий уровень, транзистор “выключится” и перестанет подтягивать линию к высокому уровню. Этот транзистор очень слабый, поэтому его легко перегрузить сигналом от ПЗУ. Транзистор слева обеспечивает высокий уровень линии в начале цикла.
Мультиплексор реализован с помощью двух КМОП-переключателей, по одному для выбора каждого входа мультиплексора. Каждый переключатель представляет собой пару транзисторов p- и n-МОП, которые включаются вместе, позволяя сигналу проходить через них. (См. два нижних транзистора.) Верхняя схема сложнее. Концептуально она представляет собой инвертор, подающий сигнал на КМОП-переключатель мультиплексора. Однако порядок переключается так, что переключатель подает сигнал на инвертор. В итоге получается не совсем-переключатель и не совсем-инвертор, но результат тот же. Можно также рассматривать это как инвертор с питанием и землей, который отключается, когда не выбран. Скорее всего такая реализация потребляет немного меньше энергии, чем прямая.
Самая необычная схема — драйвер BiCMOS. Добавив несколько дополнительных этапов обработки к обычному процессу производства КМОП, можно создать биполярные (NPN и PNP) транзисторы. Pentium широко использовал схемы BiCMOS, поскольку они уменьшали задержки сигнала до 35%. Intel также использовала BiCMOS для процессоров Pentium Pro, Pentium II, Pentium III и Xeon. Однако с падением напряжения на чипе преимущество биполярных транзисторов также снизилось, и от BiCMOS в конечном итоге отказались.
На схеме ниже показано, как реализован драйвер. NPN-транзистор — это большая коробка в правом верхнем углу. Когда у базы (B) высокий уровень, ток течет от коллектора (C), подтягивая эмиттер (E) на высокий уровень и, таким образом, быстро подтягивает выход на высокий уровень. Остальная часть схемы состоит из трех инверторов, каждый из которых состоит из p- и n-МОП транзисторов. Когда линия поликремния пересекает легированный кремний, она создает затвор транзистора, поэтому каждое пересечение соответствует транзистору. Инверторы используют несколько транзисторов параллельно, чтобы обеспечить больший ток; истоки и/или стоки транзисторов перекрываются, что делает схему более компактной.
Монтируемый В Стойку Блок Распределения Питания Интересная особенность этой схемы заключается в том, что каждый инвертор тщательно спроектирован для обеспечения нужного тока, причем для высокого и низкого выхода ток отличается. Первый транзистор (фиолетовые квадраты) имеет два p-МОП-транзистора и два n-МОП-транзистора, поэтому это обычный инвертор, сбалансированный для высокого и низкого выходного сигнала. (Этот инвертор концептуально является частью триггера.) Второй инвертор (желтые квадраты) имеет три больших p-МОП-транзистора и один меньший n-МОП-транзистор, поэтому у него больше возможностей подтянуть выходной сигнал к высокому уровню, чем к низкому. Этот транзистор включает NPN-транзистор, подавая высокий сигнал на базу, поэтому в состоянии высокого уровня ему требуется больший ток. Третий инвертор (зеленые квадраты) имеет один слабый p-МОП-транзистор и семь n-МОП-транзисторов, поэтому он может сильно подтянуть свой выходной сигнал к низкому уровню, но едва ли может подтянуть свой выходной сигнал к высокому уровню. Этот транзистор подтягивает выходную линию ПЗУ к низкому уровню, поэтому ему нужен ток, достаточный для управления всей шиной. Но этому транзистору не нужно тянуть к выходу высокий уровень - это задача NPN-транзистора, поэтому PМОП-транзистор может быть слабым. Конструкция слабого транзистора аналогична конструкции слабого транзистора хранителя; длина его затвора намного больше, чем у других транзисторов, поэтому он обеспечивает меньший ток.