1 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DE REGIM STATIC ŞI ...

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DE REGIM 67$7,&ù,',1$0,&
PENTRU UN INVERSOR CMOS
I. Analiza regimului static
7RDWHLQIRUPD LLOHYRUILRE LQXWHSULQYL]XDOL]DUHDFDUDFWHULVWLFLLVWDWLFHGHWUDQVIHU&67
RE LQXWSULQWU-RDQDOL]GHFF'&6ZHHSSHQWUXXQLQYHUVRU&026DYkQGLHúLUHDvQJROSe
va determina tensiunea de prag VP a inversorului, nivelele logice GHLQWUDUHLHúLUHúLVHYDPDL
YL]XDOL]DHYROX LDcurentului de alimentare I DD SHQWUXDSXQHvQHYLGHQ XQDGLQSURSULHW LOH
HVHQ iale ale acestui inversor.
6H YRU PRGLILFD XQHOH GLQ SURSULHW LOH WUDQ]LVWRDUHORU SHQWUX D SXQH vQ HYLGHQ
GHSHQGHQ DXQRUDGLQFDUDFWHULVWLFLOHDQWHULRDUHGHDFHVWHSURSULHW LDOHPRGHOXOXL026
Rezultatele se vor centraliza sub forma unui tabel înVR LWGHFRPHQWDULL
(WDSHOHGHOXFUXVXQWXUPWRDUHOH
1.6HYDFRQVWUXLFLUFXLWXOGLQILJXUDDOWXUDW3URFHGXUDXWLOL]DWHVWHFHDGLQH[HPSOHOH
DQWHULRDUH6HVWDELOHVFSURSULHW LOHGLVSR]LWLYHORUYDORULQXPH
Tranzistorul MOSFET inversor M1 (MbreakN3GLQELEOLRWHFD%5($.287XWLOL]HD]
LQL LDOSURSULHW LOHPRGHOXOXLLPSOLFLW6HGXQQXPHPRGHOXOXLVHVHOHFWHD]WUDQ]LVWRUXO->
"Edit" -> "PSpice model", iar în "OrCAD Model Editor" VLQWD[DFDUHGHILQHúWHSURSULHWWLOH
modelului este:
.model MbreakN_N1 NMOS
3HQWUX WUDQ]LVWRUXO GH VDUFLQ 0MbreakP3 din biblioteca BREAKOUT) se
SURFHGHD]DQDORJ6LQWD[DFDUHGHILQHúWHSURSULHWWLOHPRGHOXOXLHVWH
.model MbreakP_P1 PMOS
$WHQ LHODSR]L LDWHUPLQDOHORUWUDQ]LVWRUXOXL3026sursa fLLQGFHDFRQHFWDWOD9 DD .
$VWIHOLQL LDOFHLGRLWUDQ]LVWRULYRUDYHDWHQVLXQHDGHSUDJ97 9FHDGHODPRGHOXO
implicit- vezi Anexa1).
3HQWUXRE LQHUHDSULPHORU&67VXUVDGLQLQWUDUH9,1vúLYDPRGLILFDYDORDUHDvQWUHúL
5V (V DD ) cu pasul dH9SULQFRQILJXUDUHDFRUHVSXQ]WRDUHDDQDOL]HLGHFF'&6ZHHS
2. 6H ODQVHD] DQDOL]D PSPICE -> Run UH]XOWkQG JUDILFXO FDUH UHSUH]LQW LPDJLQHD
CST. Se vor identifica nivelele logice de intrare V IL , V IH (delimitare zone de stabilitate 0..V IL
PD[úL9 IH PLQ9FFUHVSHFWLYLHúLUH9 OL , V OH (valori unice în acest caz ).
1

3. Se va determina tensiunea de prag a inversorului ca fiind valoarea tensiunii de intrare
SHQWUX FDUH 9287 9,1 GDW GH LQWHUVHF LD GUHSWHL GH HFXD LH 9RXW 9LQ FX &67 Pentru
DFHDVWDFHOPDLVLPSOXHVWHVIDFHPYL]LELOSHJUDILFúLHYROX LDSRWHQ LDOXOXLERUQHLSR]LWLYHD
sursei de intrare (Trece->Add Trace... úL VH VHOHFWD 99,1 3XQFWXO GH LQWHUVHF LH VH
SURLHFWHD]SHD[DRUL]RQWDOUH]XOWkQGWHQVLXQHDGHSUDg VP.
4. 6HYDYL]XDOL]DHYROX LDFXUHQWXOXLGHDOLPHQWDUH, DD . Pentru aceasta cu: Trace, Add
Trace..., VHLQWURGXFHvQOLQLDGHFRPDQG-I(VDD). Semnul minus este necesar pentru a da
sensul real al curentului prin raportare la nodul de alimentare al inversorului.
6HYDLGHQWLILFDYDORDUHDPD[LPDFXUHQWXOXLGHDOLPHQWDUH, DD PD[úLVHYDSUHFL]D
SHQWUXFHYDORDUHDWHQVLXQLLGHLQWUDUHVHRE LQHDFHVWD
5. 6H YRU SXQH vQ HYLGHQ RVHULHGHPULPL FDUDFWHULVWLFH DOH FLUFXLWXOXL FDUH
FRQGL LRQHD]&67
5.1. Parametrii tranzistoarelor (modelul MOSFET)
3HQWUX vQFHSXW VH G RVFXUW GHVFULHUH D PRGXOXL vQ FDUH SRW PRGLILFD SDUDPHWULL
PRGHOXOXL LPSOLFLW 6SLFH SHQWUX WUDQ]LVWRUXO XQLSRODU 026)(7 DVWIHO vQFkW PRGHOXO V ILH
DVHPQWRUWUDQ]LVWRDUHORUXWLOL]DWHvQWHKQRORJLHPRQROLWLFODUHDOL]DUHDFLUFXLWHORU&026
5.1.1 Tensiunea de prag a tranzistoarelor
6H PRGLILF WHQVLXQLOH GH SUDJ SHQWUX FHOH GRX WUDQ]LVWRDUH SULQ HGLWDUHD PRGHOXOXL
transistoarelor):
- pentru M1 sintaxa noului model va fi:
.model MbreakN_N1 NMOS VTO = 1V
- pentru M2 sintaxa noului model va fi:
.model MbreakP_P1 PMOS VTO = -1V
6HREVHUYFDFHOHGRXWHQVLXQLVXQWVLPHWULFH6HUHSHWDQDOL]DúLVHGHWHUPLQDFHOHDúL
PULPLFDvQFD]XODQWHULRUQLYHOHORJLFH, .. , curent de alimentare). Care este efectul asupra
HYROX LHLFXUHQWXOXLGHDOLPHQWDUH"
5.1.2 Dimensiunile geometrice ale canalului
6H PRGLILFO LPHD :LGWK úL OXQJLPHD /HQJWK FDQDOXOXL FD YDORUL DEVROXWH FkW úL
UDSRUWDOFHORUGRXPULPL:/):
- pentru M1 sintaxa noului model va fi:
.model MbreakN_N1 NMOS VTO=1V W=20E-6 L=5E-6
- pentru M2 sintaxa noului model va fi:
.model MbreakP_P1 PMOS VTO=-1V W=25E-6 L=5E-6
$VLPHWULD FHORU GRX UDSRDUWH HVWH GDW GH QHFHVLWDWHD FRPSHQVULL YDORULL mai mici a
FRQGXFWDQ HL SHQWUX WUDQ]LVWRUXO 3026 GHRDUHFH SHQWUX FHOH GRX PRGHOH DP SVWUDW DFHLDúL
valoare pentru parametrul KP, KP=2E-5). 6HUHSHWDQDOL]DúLVHGHWHUPLQDFHOHDúLPULPL
Care este efectul asupra CST ?
5.2 (IHFWXOPRGLILFULLWHnsiunii de alimentare V DD
3HQWUXDSXQHvQHYLGHQ HIHFWXOPRGLILFULLWHQVLXQLLGHDOLPHQWDUH9 DD asupra CST se
va modifica succesiv V DD ODXUPWRDUHOH YDORUL 9 DD 9 úL 9 DD = 15V. Simultan se
UHFRQILJXUHD]úLDQDOL]DGHFF (DC Sweep) modificându-se YDORDUHDILQDODVXUVHL9,1DVWIHO
vQFkWHDVILHHJDOFX9 DD 3HQWUXILHFDUHGLQFHOHGRXVLWXD LLVHODQVHD]DQDOL]DúLSHED]D
&67VHGHWHUPLQPULPLOHGHWHUPLQDWHDQWHULRUIn final se revine la VDD = 5V.
2

II. Analiza de regim dinamic
ScopXODQDOL]HLHVWHGHWHUPLQDUHDWLPSXOXLGHSURSDJDUHDOLQYHUVRUXOXLúLDXQRUIDFWRUL
FDUHvOFRQGL LRQHD]5H]XOWDWHOHúLFRPHQWDULLOHVHYRUFHQWUDOL]DVXEIRUPDXQXLWDEHO6HYD
XWLOL]DFLUFXLWXOLQL LDOFXXUPWRDUHOHREVHUYD LLPRGLILFUL
- suUVD GLQ LQWUDUH VH YD vQORFXL FX R VXUV GHWLS6285&(938/6( DOH FUHL
FDUDFWHULVWLFLYRUILGDWHvQFRQWLQXDUHVHSVWUHD]PRGHOHOHWUDQ]LVWRDUHORUXWLOL]DWHvQDQDOL]D
de cc
- VH LQWURGXFH XQ FRQGHQVDWRU GH VDUFLQ &/ 3 GH OD LHúLUH OD PDVîn paralel cu
voltmetrul VOUT)
1. Parametrii semnalului de tip impuls oferit de sursa din intrare se stabilesc la :
-YDORDUHLQL LDOV1 = 0V;
- valoarea impulsului de tensiune: V2 = 5V; (WUHEXLHVILHHJDOFX9'')
- timpul de întârziere: TD = 20ns;
-WLPSXOGHFUHúWHUH TR = 10ns;
-WLPSXOGHFGHUH TF = 10ns;
-O LPHDLPSXOVXOXL PW = 200ns;
- perioada impulsului: PER = 450ns;
Se stabilesc parametrii analizei de regim tranzitoriu - "Time Domain (Transient)":
momentul de început alYL]XDOL]ULL6WDUWVDYLQJGDWDDIWHU0ns;
-PRPHQWXOGHWHUPLQDUHDVLPXOULL5XQWRWLPH450ns;
- pasul maxim de timp pentru simulare (Maximum step size): 10ns;
2.6HODQVHD]DQDOL]D5XQ7UDQVLHQWúLYDUH]XOWDXQJUDILFSHFDUHVHYL]XDOL]HD]
VLPXOWDQ FX DFHLDúL D[ D WLPSXOXL LQWUDUHD úL LHúLUHD FLUFXLWXOXL 99,1 99287 $úD
cum s-DSURFHGDWODLQYHUVRUXOFXWUDQ]LVWRUELSRODUVHPVRDUGHWHUPLQtimpii de propagare
t PLH úLt PHL .
2EVHUYD LH&HLGRLWUDQ]LVWRULXWLOL]D L (model implicit) sunt elemente ideale din punct
GHYHGHUHDOFRPXWD LHLWR LSDUDPHWULLGHQDWXUFDSDFLWLYGLQPRGHOXOXWLOL]DWDYkQGYDORDUH
QXOYH]LPRGHOXOLPSOLFLWúLFRPHQWDULLOHGHODLQYHUVRDUHOH1026
Parametrii respectivi descriu efectul XQRUFDSDFLW LGLVWULEXLWHHIHFWFDUHSRDWHILRE LQXW
úL FX DMXWRUXO XQHL FDSDFLW L FRQFHQWUDWH OD LHúLUH vQ FD]XO QRVWUX &/ 3) Rezultatele sunt
IRDUWHDVHPQWRDUH
2.1 (IHFWXOFDSDFLW LLGHVDUFLQ
6HPUHúWHFDSDFLWDWHDGHVDUFLQOD&/ 3)SHQWUXDOXDvQFRQVLGHUDUHúLHIHFWXOXQRU
LQWUUL GH LQYHUVRU &026 FRPDQGDWH GH R DVWIHO GH LHúLUH 6H UHSHW DQDOL]D úL VH GHWHUPLQ
timpii de propagare. Care este efectul asupra timpilor de propagare ?
2.2 Efectul tensiunii de alimentare
3VWUkQGDFHLDúLVDUFLQFDSDFLWLYVHPRGLILFWHQVLXQHDGHDOLPHQWDUHOD9'' 9úL
UHVSHFWLY9'' 9DWHQ LHVHPRGLILFúL9SHQWUXVXUVDGLQLQWUDUHDVWIHOvQFkWVILH
HJDOFX9''3HQWUXILHFDUHGLQDFHVWHVLWXD LLVHUHSHWDQDOL]DúLVHGHWHUPLQWLPSLLGH
propagare. Care este efectul asupra timpilor de propagare ?
3