V DS - DEI
annuncio pubblicitario
Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic I Dispositivi © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La tensione di soglia: concetti fondamentali + S VGS - D G n+ n+ Depletion Region n-channel p-substrate B © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La tensione di soglia © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi L‘effetto body 0.9 0.85 0.8 0.75 VT (V) 0.7 0.65 0.6 0.55 0.5 0.45 0.4 -2.5 -2 -1.5 -1 V BS © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione -0.5 0 (V) I Dispositivi Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo 6 x 10 -4 VGS= 2.5 V 5 Resistiva Saturazione 4 ID (A) VGS= 2.0 V 3 VDS = VGS - VT 2 VGS= 1.5 V 1 0 Relazione quadratica VGS= 1.0 V 0 0.5 1 1.5 2 2.5 VDS (V) © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Regione lineare o resistiva VGS VDS S G n+ – V(x) ID D n+ + L x p-substrate B MOS transistor and its bias conditions © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Regione di saturazione VGS VDS > VGS - VT G D S n+ - VGS - VT + n+ Pinch-off © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Un modello per l'analisi manuale © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale corto 2.5 x 10 -4 VGS= 2.5 V Saturazione precoce 2 VGS= 2.0 V ID (A) 1.5 VGS= 1.5 V 1 0.5 0 Dipendenza lineare VGS= 1.0 V 0 0.5 1 1.5 2 2.5 VDS (V) © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi u n (m/s) Saturazione di velocità usat = 105 Velocità costante Mobilità costante (pendenza = µ) xc = 1.5 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione x (V/µm) I Dispositivi Prospettive ID Canale lungo VGS = VDD Canale corto V DSAT © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione VGS - V T VDS I Dispositivi Caratteristica ID - VGS -4 6 x 10 -4 x 10 2.5 5 2 4 lineare quadratica ID (A) ID (A) 1.5 3 1 2 0.5 1 0 0 quadratica 0.5 1 1.5 2 VGS(V) Canale lungo © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione 2.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 VGS(V) Canale corto I Dispositivi Caratteristica ID - VDS -4 6 -4 x 10 VGS= 2.5 V x 10 2.5 VGS= 2.5 V 5 2 Resistiva Saturazione ID (A) VGS= 2.0 V 3 VDS = VGS - VT 2 1 VGS= 1.5 V 0.5 VGS= 1.0 V VGS= 1.5 V 1 0 0 VGS= 2.0 V 1.5 ID (A) 4 VGS= 1.0 V 0.5 1 1.5 2 VDS(V) Canale lungo © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione 2.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 VDS(V) Canale corto I Dispositivi Confronto tra il modello semplificato e quello SPICE 2.5 x 10 -4 VDS=VDSAT 2 Velocity Saturated ID (A) 1.5 Linear 1 VDSAT=VGT 0.5 VDS=VGT 0 0 0.5 Saturated 1 1.5 2 2.5 VDS (V) © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Un modello unificato per l‘analisi manuale G S D B © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor PMOS -4 0 x 10 VGS = -1.0V -0.2 VGS = -1.5V ID (A) -0.4 -0.6 -0.8 -1 -2.5 VGS = -2.0V Considerare negative tutte le quantità o usare il modulo VGS = -2.5V -2 -1.5 -1 -0.5 0 VDS (V) © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor come interruttore VGS V T Ron S ID V GS = VD D D Rmid R0 V DS VDD/2 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione VDD I Dispositivi Il transistor come interruttore L 1 Req ; Req W k' k n ' 2 3 k p ' Reqn © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione Reqp 23 I Dispositivi Capacità del MOS comportamento dinamico © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Comportamento dinamico del transistor MOS G CGS CGD D S CGB CSB CDB B © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La Capacità di gate Gate di polisilicio Cov Source ox tox ox tox L W Cox W L xd W Cox xd W CO W Drain xd n+ C gate xd Ld W n+ Sovrapp. gate-bulk Vista dall’alto Ossido di gate tox n+ L n+ Sezione trasversale © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La capacità di gate G G CGC CGC D S CGC D S Cut-off Regione G Resistive D S Saturation Cgb Cgs Cgd CoxWL COW COW Lineare 0 COW+CoxWL/2 COW+CoxWL/2 Saturazione 0 COW+(2/3)CoxWL COW Off Regioni di maggiore importanza nei circuiti digitali: saturazione e spento © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Comportamento dinamico del transistor MOS G CGS CGD D S CGB CSB CDB B © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La capacità di diffusione Impianto al bordo del canale NA1 Bordo Source ND W Fondo xj Bordo LS © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione Canale SubstratoN A I Dispositivi La capacità di giunzione © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Capacità nel processo 0.25 mm CMOS © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Modello semplificato Equazioni a canale lungo Resistenze equivalenti note per una dimensione di riferimento R inv. proporzionale a W/L e k’ Capacità equivalenti tra s, d, g e massa Cd e Cs proporzionali a W Cg proporzionale a WL © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor MOS a canale corto Variazioni della Tensione di Soglia Conduzione in Sottosoglia Resistenze Parassite © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Variazioni della tensione di soglia VT VT Soglia per canale lungo L Soglia in funzione della lunghezza (per basse VDS ) © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione Soglia per basse VDS VDS Drain-induced barrier lowering (per L corto) I Dispositivi Conduzione in sottosoglia Pendenza di sottosoglia -2 10 Lineare -4 I D ~ I 0e 10 -6 Quadratica CD , n 1 Cox S è DVGS per ID2/ID1 =10 ID (A) 10 qVGS nkT -8 10 -10 Esponenziale -12 VT 10 10 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Valori tipici di S: 60 .. 100 mV/decade VGS (V) © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi ID vs VGS in sottosoglia I D I 0e qVGS nkT qV DS 1 e kT VDS da 0 a 0.5V © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi ID vs VDS in sottosoglia I D I 0e qVGS nkT qV DS 1 e kT 1 VDS VGS da 0 a 0.3V © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi
