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© Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista I Dispositivi Jan M. Rabaey Anantha.

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1 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista I Dispositivi Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic

2 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La tensione di soglia: concetti fondamentali

3 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La tensione di soglia

4 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi L‘effetto body

5 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo Relazione quadratica x V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V ResistivaSaturazione V DS = V GS - V T

6 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Regione lineare o resistiva

7 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Regione di saturazione Pinch-off

8 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo

9 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Un modello per l'analisi manuale

10 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale corto Dipendenza lineare -4 V DS (V) x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Saturazione precoce

11 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Saturazione di velocità  (V/µm)  c = 1.5  n ( m / s )  sat = 10 5 Mobilità costante (pendenza = µ) Velocità costante

12 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Prospettive I D Canale lungo Canale corto V DS V DSAT V GS - V T V GS = V DD

13 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristica I D - V GS x V GS (V) I D (A) x V GS (V) I D (A) quadratica lineare Canale lungo Canale corto

14 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Caratteristica I D - V DS -4 V DS (V) x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V x V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V ResistivaSaturazione V DS = V GS - V T Canale lungoCanale corto

15 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Confronto tra il modello semplificato e quello SPICE V DS (V) I D (A) Velocity Saturated Linear Saturated V DSAT =V GT V DS =V DSAT V DS =V GT

16 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Un modello unificato per l‘analisi manuale S D G B

17 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor PMOS x V DS (V) I D (A) Considerare negative tutte le quantità o usare il modulo VGS = -1.0V VGS = -1.5V VGS = -2.0V VGS = -2.5V

18 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor come interruttore

19 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor come interruttore

20 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Capacità del MOS comportamento dinamico

21 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Comportamento dinamico del transistor MOS

22 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La Capacità di gate t ox n + n + Sezione trasversale L Ossido di gate x d x d L d Gate di polisilicio Vista dall’alto Sovrapp. gate-bulk Source n + Drain n + W

23 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La capacità di gate Cut-off ResistiveSaturation Regioni di maggiore importanza nei circuiti digitali: saturazione e spento RegioneCgbCgsCgd OffC ox WLCOWCOWCOWCOW Lineare0C O W+C ox WL/2 Saturazione0C O W+(2/3)C ox WLCOWCOW

24 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Comportamento dinamico del transistor MOS

25 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La capacità di diffusione Fondo Bordo Canale Source N D Impianto al bordo del canale N A 1 SubstratoN A W x j L S

26 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi La capacità di giunzione

27 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Capacità nel processo 0.25  m CMOS

28 © 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

29 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Il transistor MOS a canale corto  Variazioni della Tensione di Soglia  Conduzione in Sottosoglia  Resistenze Parassite

30 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Variazioni della tensione di soglia V T L Soglia per canale lungo Soglia per basse V DS Soglia in funzione della lunghezza (per basseV DS ) Drain-induced barrier lowering (per L corto) V DS V T

31 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi Conduzione in sottosoglia V GS (V) I D (A) VTVT Lineare Esponenziale Quadratica Valori tipici di S: mV/decade Pendenza di sottosoglia S è  V GS per I D 2 / I D 1 =10

32 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi I D vs V GS in sottosoglia V DS da 0 a 0.5V

33 © Circuiti Integrati Digitali – seconda edizione I Dispositivi I D vs V DS in sottosoglia V GS da 0 a 0.3V


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