Méthodes de caractérisation MIEL – BCN – L3 Méthodes de caractérisation vendredi 14 juin 2002 ENST Paris – COMELEC – Jean Provost

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

La cible technologique Fondeur AustriaMicroSystems http://www.austriamicrosystems.com/ 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 ENST Paris – MIEL-BCN – L3

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

Modèle capacitif du transistor MOS schéma du circuit équivalent G D S B D S G B CGB B CGSO CGDO Ids CGC CCB CGB  CjS CjD ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Modèle capacitif du transistor MOS quelques équations! e0erox CGC = W L tox 1 CGB = ––––––––––– e0erSi 1 1 CCB = W L ––– + ––––– xd(Vgb) CGC CCB(Vgb) CGDO = CGSO = C'ox W LD CDB = CSB = C’j0W Lj + C’j0w 2(W+Lj) ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Le courant Ids du NMOS (résumé) quelques équations! Vgs = 0  VT0N Ids = 0 Vgs = Vdd > VT0N Vds  0+ 0 < Vds < Vdssat Vds = Vdssat = Vgs - VT0N Vds > Vdssat ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Exercice: amplification logique optimisation du temps de propagation Ln = Lp = Ldf tp Wnu = Wdf Wp = Wn*psn kw u k = µ0*C’ox CL Si: VT0N = |VT0P| kn psn = (équilibrage) kp Wn2 = Wnu*kw ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Exercice: amplification logique problématique tp kw tpal = tpINVu + tpINV2 u CL tpINVu = tpu + dtpu*CeINV2 tpINV2 = tp0INV2 + dtpINV2*CL tp0INV2 ? tpu, kw dtpINV2 ? dtpu, kw CeINV2 ? Ceu, kw ENST Paris – MIEL-BCN – L3

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: u u Vg Ve ENST Paris – MIEL-BCN – L3

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 l’intérieur du circuit: i : tti  ttmax, ttmax: temps de transition (montée et descente) à la sortie de 1 invu chargée par 16 invu ENST Paris – MIEL-BCN – L3

le signal standard: ttmax caractérisation de la technologie u1 ttm=ttd=ttmax u2 u u u M=16 Vg Ve Vs u15 u16 ENST Paris – MIEL-BCN – L3

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

Caractérisation: quels paramètres? Conditions Conséquences tp = tp0 + dtp * Cext Cext =  Cei  ei , sk : ttm  ttmax ttd  ttmax tp0 entre chaque [ei, sk] (en respectant ttmax) dtp sur chaque sk (en respectant ttmax) Ce sur chaque ei Cextmax sur chaque sk (Cext telle que tt=ttmax) m et d ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Caractérisation: la capacité d’entrée X Cei Cei tp Cxe tpei = tpxe Cei = Cxe  tpei u u u tpxe u tpxe Cxe tpei Vg ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Caractérisation: tp0, dtp, Cextmax ttmax ttk Cextmax t Cext dtpk tp0ik Cext tp0ik + dtpk Cext ttk X sk ei ttmax u u Vg Cx ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Caractérisation: Puissance consommée à vide en µW Mhz-1 ttmax ttk Cextmax P, t Cext Pvdd À partir de Pvdd, comment calculer la puissance consommée à vide, alors que Cext n’est pas nulle? Vdq = Vdd ttmax X sk ei Vg u Cx Cext ttk ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Feuille de caractéristiques data sheet 0.35 µm CMOS NA2 table de vérité capacités A B Q 0 X 1 X 0 1 1 1 0 Pin Cap [fF] A 8 B 10 NA2 aire puissance 55 µm2 0.293 µW/MHz ENST Paris – MIEL-BCN – L3

Feuille de caractéristiques data sheet 0.35 µm CMOS NA2 Caractéristiques dynamiques: Tj = 27°C VDD = 3.3V Typical Process Rise Fall Slope [ns] 0.1 2 0.1 2 Load [pF] 0.015 0.15 0.015 0.15 0.015 0.15 0.015 0.15 Delay A => Q 0.11 0.59 0.32 0.88 0.11 0.49 0.23 0.83 Delay B => Q 0.12 0.6 0.37 0.9 0.11 0.49 0.16 0.69 Slew A => Q 0.31 1.87 0.69 2.09 0.18 1.09 0.65 1.5 Slew B => Q 0.34 1.92 0.75 2.13 0.18 1.09 0.6 1.39 ENST Paris – MIEL-BCN – L3

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

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