MIEL – BCN – L3 Méthodes de caractérisation ENST Paris – COMELEC – Jean Provost
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 AustriaMicroSystemshttp://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’jp = 1,42fF µm-2 C’jn = 0,93fF µm-2 C’jwn = 0,28fF µm-1 C’jwp = 0,38fF µm-1 ENST Paris – MIEL-BCN – L3
G G S D CGB CGSO CGDO B B S D CGC Ids CGB CjD CjS CCB B Modèle capacitif du transistor MOSschéma du circuit équivalent ENST Paris – MIEL-BCN – L3
Modèle capacitif du transistor MOSquelques équations! e0erox CGC = W L tox 1 CGB = ––––––––––– e0erSi 1 1 CCB = W L ––– + ––––– xd(Vgb) CGCCCB(Vgb) CGDO = CGSO = C'ox W LD CDB = CSB = C’j0W Lj + C’j0w 2(W+Lj) ENST Paris – MIEL-BCN – L3
Vgs = 0 VT0N Ids = 0 Vgs = Vdd > VT0N Vds 0+ 0 < Vds < Vdssat Vds = Vdssat = Vgs - VT0N Vds > Vdssat Le courant Ids du NMOS (résumé) quelques équations! ENST Paris – MIEL-BCN – L3
Exercice: amplification logiqueoptimisation du temps de propagation Ln = Lp = Ldf tp Wnu = Wdf kw Wp = Wn*psn u CL k = µ0*C’ox Si: VT0N = |VT0P| kn psn = (équilibrage) kp Wn2 = Wnu*kw ENST Paris – MIEL-BCN – L3
Exercice: amplification logiqueproblématique 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» possiblesimplifier 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: ttmaxcaractérisation 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: ttmaxsignal appliqué X Cei ttm=ttd=ttmax u u Vg Cx Ve Cx + Cei = 16*Ceu ENST Paris – MIEL-BCN – L3
tp = tp0 + dtp * Cext Cext = Cei ei , sk : ttm ttmax ttd ttmax Ce sur chaque ei tp0 entre chaque [ei, sk] (en respectant ttmax) m et d dtp sur chaque sk (en respectant ttmax) Cextmax sur chaque sk (Cext telle que tt=ttmax) Caractérisation: quels paramètres? • Conditions • Conséquences ENST Paris – MIEL-BCN – L3
tpei = tpxe Cei = Cxe tp tpxe u u u Cxe Cxe Cei Caractérisation: la capacité d’entrée X Cei tpei u u u tpxe tpei Vg ENST Paris – MIEL-BCN – L3
t ttk ttmax tp0ik + dtpkCext dtpk ttk tp0ik Cext Cextmax Cext Caractérisation: tp0, dtp, Cextmax X sk ei ttmax u u Vg Cx ENST Paris – MIEL-BCN – L3
P, t ttk ttmax Pvdd Cext X sk ei ttk Cextmax ttmax Vdd = u u Vdq = Cext Vg Cx Caractérisation: Puissance consomméeà vide en µW Mhz-1 À partir de Pvdd, comment calculer la puissance consommée à vide,alors que Cext n’est pas nulle? ENST Paris – MIEL-BCN – L3
Feuille de caractéristiquesdata sheet 0.35 µm CMOS NA2 table de vérité capacités Pin Cap [fF] A 8 B 10 A B Q 0 X 1 X 0 1 1 1 0 NA2 puissance aire 55 µm2 0.293 µW/MHz ENST Paris – MIEL-BCN – L3
Feuille de caractéristiquesdata 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
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 parle fondeur slow fast typ ENST Paris – MIEL-BCN – L3
