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vendredi 14 juin 2002 ENST Paris – COMELEC – Jean Provost 1 / 21
MIEL – BCN – L3
Méthodes de caractérisation
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
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 3
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 4
La cible technologique valeurs des paramètres technologiques
Ldf = 0,35µmWdf = 1µmLjdf = 1µm
kn = 175 µA V-2 kp = 60 µA V-2
VT0P = -0,65V
tox = 7,5nmC’ox = 4,6fF µm-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
Vdd = +3,3V
VT0N = +0,52V
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 5
Modèle capacitif du transistor MOSschéma du circuit équivalent
G
DS
B
CGSO CGDO
CjS CjD
IdsCGC
CCB
CGB
CGB
B
DS
G
B
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Modèle capacitif du transistor MOSquelques équations!
CGC = W L 0rox
tox
CCB = W L 0rSi
xd(Vgb)
CGB = –––––––––––1
1 1CGC CCB(Vgb)––– + –––––
CGDO = CGSO = C'ox W LD
CDB = CSB = C’j0W Lj + C’j0w 2(W+Lj)
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 7
Le courant Ids du NMOS (résumé) quelques équations!
Vgs = Vdd > VT0N
L
W
2
k
L
W
2
CµK
'ox0
ox
rox0'ox t
C
Vgs = 0 VT0N Ids = 0
Vds 0+ N0VTVddKn2
1N0RDS
0 < Vds < VdssatVds
2
VdsN0VTVddKn2Ids
Vds = Vdssat = Vgs - VT0N 2sat N0VTVddKnIds
Vds > Vdssat satsat VdsVds1IdsIds
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 8
Exercice: amplification logiqueoptimisation du temps de propagation
u kwCL
Ln = Lp = LdfWnu = WdfWp = Wn*psnk = µ0*C’ox
psn = (équilibrage)knkp
Wn2 = Wnu*kw
tp
Si:
VT0N = |VT0P|
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 9
Exercice: amplification logiqueproblématique
u kwCL
tpal = tpINVu + tpINV2
tp
tpINVu = tpu + dtpu*CeINV2
tpINV2 = tp0INV2 + dtpINV2*CL
tp0INV2 ? tpu, kw
dtpINV2 ? dtpu, kw
CeINV2 ? Ceu, kw
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:
u
P0T
N0T
VVddkp
VVddkn
Wn
Wppsn
u
Vg Ve
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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 12
ttm=ttd=ttmax
Ve
le signal standard: ttmaxcaractérisation de la technologie
u u
Vg
u
Vs
u1
u2
u15
u16
M=16
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 13
Cx
ttm=ttd=ttmax
Ve
le signal standard: ttmaxsignal appliqué
u u
Vg
X
Cei
Cx + Cei = 16*Ceu
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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)
metd
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tpei
tpei
Caractérisation: la capacité d’entrée
u u u
X
Cei
VgCei
tp
Cxe
tpei = tpxe
Cei = Cxe
u u u
tpxe
Cxe
tpxe
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ttmax
Caractérisation: tp0, dtp, Cextmax
X
skei
Vg
u u
Cx
ttmax
ttk
Cextmax
t
Cext
dtpk
tp0ik
Cext
tp0ik + dtpk Cext
ttk
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 17
Vdq=
Vdd=
Caractérisation: Puissance consomméeà vide en µW Mhz-1
ttmax
ttk
Cextmax
P, t
Cext
Pvdd
ttmax
X
skei
Vg
u u
Cx Cext
ttk
À partir de Pvdd, comment calculer la puissance consommée à vide,alors que Cext n’est pas nulle?
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 18
Feuille de caractéristiquesdata sheet
Pin Cap [fF]
A 8 B 10
table de vérité
A B Q0 X 1X 0 11 1 0
capacités
aire puissance
55 µm2
0.35 µm CMOS NA2
NA2
0.293 µW/MHz
ENST Paris – MIEL-BCN – L3 19
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 20
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 21
Choix du jeu de paramètres
Nombre de circuits validés
Performance
Rejetés parle fondeur slow
typ
fast