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Analyse temporelle des circuits numériques Dispositifs et modèles MOS MASTER ACSI M2 Prof. Habib MEHREZ.

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1 Analyse temporelle des circuits numériques Dispositifs et modèles MOS MASTER ACSI M2 Prof. Habib MEHREZ

2 Caractérisation électrique Les différents aspects de la circuiterie 1.Procédé technologique 2.Stade de la modélisation électrique (statique et dynamique) 3.Modélisation logique

3 Les différents aspects de la circuiterie 1. Procédé technologique - Processus de développement de la technologie - Lois physiques ( physique des semi- conducteurs ) - Procédés chimiques => Modèles et Paramètres techno liés aux - transistors - capacités - résistances

4 Les différents aspects de la circuiterie 2. Stade de la modélisation électrique (statique et dynamique) Définition de modèles de simulation - Etude de l'influence de la température - Incidence des paramètres - Influence des dimensions des transistors - Etude de pire cas - vitesse - puissance - complexité => caractérisation d'une bibliothèque de cellules

5 Les différents aspects de la circuiterie 3. Modélisation logique - Définition de normes (CMOS,TTL, ECL, etc.) - Sortance, Marges de bruit - Temps de propagation - Temps de montée et de descente

6 Fabrication WAFER Procédés physiques et chimiques Test sous pointes et Tri Test et packaging Test Et fourniture Utilisateur final Les différentes étapes de fabrication

7 Oxyde SiO 2 Résine Photorésistante UV Masque Fenêtre Impuretés type P N NN N N P Exemple de photolithographie Notion de Masque

8 Dispositifs MOS 1. Transistor NMOS à enrichissement L W

9 Transistor NMOS à enrichissement Caractéristique Symboles

10 Transistor N-MOS

11 Dispositifs MOS 2. Transistor NMOS à appauvrissement ou depleté

12 Dispositifs MOS Caractéristique Symboles

13 Dispositifs MOS 3. Transistor PMOS à enrichissement

14 Dispositifs MOS Caractéristique Symboles

15 Dispositifs MOS 4. Transistor PMOS à appauvrissement ou depleté

16 Dispositifs MOS Caractéristique Symboles

17 Dispositifs MOS 5. Structure CMOS

18 Modèle statique d'un transistor MOS Paramètres et definitions μ n : mobilité des électrons C ox : capacité d'oxyde mince W n : largeur canal N L n : longeur canal N K n : μ n : μ n0 /1+ θ(V gs -V Tn ) θ: paramètre déterminant l'effet de champ éléct dans la canal

19 Modèle statique d'un transistor MOS Paramètre et definitions VTn : VTn0 + γ (Tension de seuil) γ: (traduit leffet du champ) ε si : permittivité diélectrique de silicium DBN : concentration des porteurs de charge Φ : Potentiel dinversion en surface DNI: concentration intrinsèque q: charge élémentaire d'un électron k: constante de Boltzman T: température V SB : tention source - Bulk

20 Régions de fonctionnement

21 Région de blocage: V GS I DS = 0 Région de saturation: 0 < V GS – V TN < V DS I DS = K n (V GS – V TN ) 2 (1+λV DS ) K n = λ: paramètre de modulation de la longeur du canal 0.02 < λ < 0.04 Région ohmique ou linéaire: 0 < V DS < V GS – V TN I DS = K n V DS [2(V GS – V TN ) – V DS ](1+λV DS )

22 Modèle simplifié d'un transistor NMOS θ = 0 λ = 0 V TN = V TN0 Région bloqué: V GS I DS = 0 Région saturé: 0 < V GS – V TN < V DS I DS = K n (V GS – V TN ) 2 Région ohmique ou linéaire: 0 < V DS < V GS – V TN I DS = K n [2(V GS – V TN )V DS – V DS 2 ]

23 Modèle simplifié d'un transistor PMOS V TP < 0 Région bloqué: V GS > V TP => I DS = 0 Région saturé: V DS < V GS – V TP < 0 I DS = – K p (V GS – V TP ) 2 Région ohmique ou linéaire: V GS – V TP < V DS < 0 I DS = – K p [2(V GS – V TP )V DS – V DS 2 ]

24 Modèle dynamique du transistor MOS

25 Modèle de Schichman - HODGES


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