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Vendredi 14 juin 2002ENST Paris – COMELEC – Jean Provost1 / 21 MIEL – BCN – L3 Méthodes de caractérisation.

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1 vendredi 14 juin 2002ENST Paris – COMELEC – Jean Provost1 / 21 MIEL – BCN – L3 Méthodes de caractérisation

2 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 2 plan Exercice corrigé Méthodes de caractérisation Signal CMOS Signal standard Temps de propagation et de transition Capacité maximale de charge Puissance consommée

3 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 3 La cible technologique Fondeur AustriaMicroSystems Technologie CMOS 0,35µm Niveaux métal=3 Alimentation VDD=+3,3V Nb de masques=17 (dont 1 poly) Paramètres techno=typique Température=27°C Modèle MOS=BSim3v3

4 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 4 La cible technologique valeurs des paramètres technologiques Ldf = 0,35µm Wdf = 1µm Ljdf = 1µm kn = 175 µA V -2 kp = 60 µA V -2 VT0P = -0,65V tox = 7,5nm Cox = 4,6fF µm -2 Cjn = 0,93fF µm -2 Cjp = 1,42fF µm -2 Cjwn = 0,28fF µm -1 Cjwp = 0,38fF µm -1 Vdd = +3,3V VT0N = +0,52V

5 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 5 Modèle capacitif du transistor MOS schéma du circuit équivalent G DS B C GSO C GDO C jS C jD Ids C GC C CB C GB C GB B D S G B

6 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 6 Modèle capacitif du transistor MOS quelques équations! C GC = W L 0 rox tox C CB = W L 0 rSi xd (Vgb) C GB = ––––––––––– 1 1 C GC C CB (Vgb) ––– + ––––– C GDO = C GSO = C'ox W L D C DB = C SB = C j0 W L j + C j0w 2(W+L j )

7 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 7 Le courant Ids du NMOS (résumé) quelques équations! Vgs = Vdd > V T0N Vgs = 0 V T0N Ids = 0 Vds < Vds < Vds sat Vds = Vds sat = Vgs - V T0N Vds > Vds sat

8 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 8 Exercice: amplification logique optimisation du temps de propagation u kw CL Ln = Lp = Ldf Wnu = Wdf Wp = Wn*psn k = µ 0 *Cox psn = (équilibrage) kn kp Wn 2 = Wnu*kw tp Si: V T0N = |V T0P |

9 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 9 Exercice: amplification logique problématique u kw CL tp al = tp INVu + tp INV2 tp tp INVu = tpu + dtpu*Ce INV2 tp INV2 = tp0 INV2 + dtp INV2 *CL tp0 INV2 ? tpu, kw dtp INV2 ? dtpu, kw Ce INV2 ? Ceu, kw

10 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 10 Caractérisation: le signal CMOS But de la simulation: être le plus «réaliste» possible Exemple le signal CMOS: Un générateur idéal 2 inverseurs unitaires Dimensions minimales: Wnu=Wdf, Lnu=Lpu=Ldf, Équilibrés: uu Vg Ve

11 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 11 Caractérisation: le signal standard Buts de la bibliothèque: être le plus «prévoyant» possible simplifier la conception de matériel Exemple le signal standard: Un signal CMOS Un temps maximal de transition: ttmax À lintérieur du circuit: i : tti ttmax, ttmax: temps de transition (montée et descente) à la sortie de 1 invu chargée par 16 invu

12 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 12 ttm=ttd=ttmax Ve le signal standard: ttmax caractérisation de la technologie uu Vg u Vs u1u1 u2u2 u 15 u 16 M=16

13 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 13 Cx ttm=ttd=ttmax Ve le signal standard: ttmax signal appliqué uu Vg X Cei Cx + Cei = 16*Ceu

14 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 14 Caractérisation: quels paramètres? Conditions Conséquences tp = tp 0 + dtp * C ext C ext = Cei e i, s k : ttm ttmax ttd ttmax tp 0 entre chaque [e i, s k ] (en respectant ttmax) dtp sur chaque s k (en respectant ttmax) Ce sur chaque e i Cext max sur chaque s k (Cext telle que tt=ttmax) m et d

15 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 15 tpei Caractérisation: la capacité dentrée uuu X Cei Vg Cei tp Cxe tpei = tpxe Cei = Cxe uuu tpxe Cxe tpxe

16 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 16 tt max Caractérisation: tp 0, dtp, Cext max X sk ei Vg uu Cx tt max tt k Cext max t C ext dtp k tp 0ik C ext tp 0ik + dtp k C ext tt k

17 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 17 Vdq = Vdd = Caractérisation: Puissance consommée à vide en µW Mhz -1 tt max tt k Cext max P, t C ext P vdd tt max X sk ei Vg uu Cx C ext tt k À partir de Pvdd, comment calculer la puissance consommée à vide, alors que Cext nest pas nulle?

18 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 18 Feuille de caractéristiques data sheet PinCap [fF] A8 B10 table de vérité A B Q 0 X 1 X capacités aire puissance 55 µm µm CMOSNA2 NA µW/MHz

19 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 19 Feuille de caractéristiques data sheet 0.35 µm CMOSNA2 Caractéristiques dynamiques: Tj = 27°C VDD = 3.3V Typical Process RiseFall Slope [ns] Load [pF] Delay A => Q Delay B => Q Slew A => Q Slew B => Q

20 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 20 Paramètres typiques Paramètres technologiques « slow » « typ » « fast » Température 150°C 27°C Tension dalimentation Dégradéee:+2,9V Nominale: +3,3V

21 ENST Paris – MIEL-BCN – L3 21 Choix du jeu de paramètres Nombre de circuits validés Performance Rejetés par le fondeur slow typ fast


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