Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista

Presentazione sul tema: "Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista"— Transcript della presentazione:

1 Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista
EE141 Circuiti Integrati Digitali - L‘ottica del progettista Jan M. Rabaey Anantha Chandrakasan Borivoje Nikolic I Dispositivi

2 La tensione di soglia: concetti fondamentali
EE141 La tensione di soglia: concetti fondamentali

3 EE141 La tensione di soglia

4 EE141 L‘effetto body

5 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo
EE141 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Resistiva Saturazione VDS = VGS - VT Relazione quadratica

6 Regione lineare o resistiva
EE141 Regione lineare o resistiva

7 Regione di saturazione
EE141 Regione di saturazione Pinch-off

8 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo
EE141 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale lungo

9 Un modello per l'analisi manuale
EE141 Un modello per l'analisi manuale

10 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale corto
EE141 Caratteristiche corrente -tensione transistor a canale corto -4 V DS (V) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Saturazione precoce Dipendenza lineare

11 Saturazione di velocità
EE141 Saturazione di velocità u n ( m / s ) u sat = 10 5 Velocità costante Mobilità costante (pendenza = µ) x c = 1.5 x (V/µm)

12 Prospettive I V Canale lungo V = V Canale corto V V - V D DS GS DD
EE141 Prospettive I D Canale lungo V = V GS DD Canale corto V V - V V DSAT GS T DS

13 Caratteristica ID - VGS
EE141 Caratteristica ID - VGS 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V GS (V) I D (A) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 V GS (V) I D (A) lineare quadratica quadratica Canale lungo Canale corto

14 Caratteristica ID - VDS
EE141 Caratteristica ID - VDS 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Resistiva Saturazione VDS = VGS - VT -4 V DS (V) 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 I D (A) VGS= 2.5 V VGS= 2.0 V VGS= 1.5 V VGS= 1.0 V Canale lungo Canale corto

15 Confronto tra il modello semplificato e quello SPICE
EE141 Confronto tra il modello semplificato e quello SPICE 0.5 1 1.5 2 2.5 x 10 -4 Velocity Saturated Linear Saturated VDSAT=VGT VDS=VDSAT VDS=VGT (A) I D V (V) DS

16 Un modello unificato per l‘analisi manuale
EE141 Un modello unificato per l‘analisi manuale S D G B

17 Il transistor PMOS Considerare negative tutte le quantità o usare
EE141 Il transistor PMOS -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 x 10 -4 V DS (V) I D (A) VGS = -1.0V VGS = -1.5V VGS = -2.0V Considerare negative tutte le quantità o usare il modulo VGS = -2.5V

18 Il transistor come interruttore
EE141 Il transistor come interruttore

19 Il transistor come interruttore
EE141 Il transistor come interruttore

20 Capacità del MOS comportamento dinamico
EE141 Capacità del MOS comportamento dinamico

21 Comportamento dinamico del transistor MOS
EE141 Comportamento dinamico del transistor MOS

22 La Capacità di gate x L Gate di polisilicio Vista dall’alto Sovrapp.
EE141 La Capacità di gate x d L Gate di polisilicio Vista dall’alto Sovrapp. gate-bulk Source n + Drain W t ox n + Sezione trasversale L Ossido di gate

23 EE141 La capacità di gate Cut-off Resistive Saturation Regione Cgb Cgs Cgd Off CoxWL COW Lineare COW+CoxWL/2 Saturazione COW+(2/3)CoxWL Regioni di maggiore importanza nei circuiti digitali: saturazione e spento

24 Comportamento dinamico del transistor MOS
EE141 Comportamento dinamico del transistor MOS

25 La capacità di diffusione
EE141 La capacità di diffusione Impianto al bordo del canale N 1 A Bordo Source W N D Fondo x Bordo j Canale L S Substrato N A

26 La capacità di giunzione
EE141 La capacità di giunzione

27 Capacità nel processo 0.25 mm CMOS
EE141 Capacità nel processo 0.25 mm CMOS

28 Modello semplificato Equazioni a canale lungo
EE141 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 Il transistor MOS a canale corto
EE141 Il transistor MOS a canale corto Variazioni della Tensione di Soglia Conduzione in Sottosoglia Resistenze Parassite

30 Variazioni della tensione di soglia
EE141 Variazioni della tensione di soglia V T V T Soglia per basse VDS Soglia per canale lungo VDS L Soglia in funzione della Drain-induced barrier lowering lunghezza (per basse V ) (per L corto) DS

31 Conduzione in sottosoglia
EE141 Conduzione in sottosoglia 0.5 1 1.5 2 2.5 10 -12 -10 -8 -6 -4 -2 V GS (V) I D (A) VT Lineare Esponenziale Quadratica Pendenza di sottosoglia S è DVGS per ID2/ID1 =10 Valori tipici di S: mV/decade

32 ID vs VGS in sottosoglia
EE141 ID vs VGS in sottosoglia VDS da 0 a 0.5V

33 ID vs VDS in sottosoglia
EE141 ID vs VDS in sottosoglia VGS da 0 a 0.3V