Sprawozdanie nr 1 Wprowadzenie do Mikroelektroniki Semestr VI

Sprawozdanie nr 1
Wprowadzenie do Mikroelektroniki
Semestr VI
Paweł Deka
137387
1.
Charakterystyki wyjściowe (a) i przejściowe (b), tranzystorów NMOS (1),
PMOS (2) dla szerokości kanału i długości równej 2µm.
Wykres 1a:
Wykres 1b:
Wykres 2a:
Wykres 2b:
Plik .cir do wykresu 1a:
* nmos
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
NSUB
= 1.268366E16
DELTA = -0.6127926
THETA = 0.0806494
= 654.5658635 IS
GAMMA = 0.3246848
UO
= 532.5567276
VMAX
= 1.923644E5
= 1.126041E-14
+
+
+
+
+
NFS
WD
CGBO
MJ
MJSW
V1
V2
M4
=
=
=
=
=
3.598738E11
4.21328E-7
3.586291E-9
0.381556
0.148419 )
XJ
CGDO
CJ
FC
=
=
=
=
1E-9
2.907231E-10
2.37583E-4
0.5
LD
CGSO
PB
CJSW
=
=
=
=
8.861389E-9
2.907231E-10
0.6279748
7.38563E-10
1 0 5V
2 0 5V
2 1 0 0 N L=2u W=2u
.dc v2 0 5 0.1 v1 0 5 1
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 1b:
* nmos
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
1 0 5V
2 0 5V
2 1 0 0 N L=2u W=2u
.dc v1 0 5 1 v2 0 5 0.1
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 2a:
* pmos
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
NSUB
DELTA
= 1.229448E16
= 0.0926287
GAMMA
UO
= 0.4004133
= 214.0051218
1 0 -5V
2 0 -5V
2 1 0 0 P L=2u W=2u
.dc v2 0 -5 -0.1 v1 0 -5 -1
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 2b:
* pmos
.MODEL P PMOS(LEVEL = 3
+ TOX
= 1.8E-8
+ VTO
= -0.6656707
+
+
+
+
+
+
V1
V2
M4
ETA
KAPPA
NFS
CGBO
MJ
MJSW
=
=
=
=
=
=
0.028001
2.511732E-3
3.699542E11
1.846197E-9
0.5
0.5 )
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
=
=
=
=
=
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
1 0 -5V
2 0 -5V
2 1 0 0 P L=2u W=2u
.dc v1 0 -5 -0.1 v2 0 -5 -1
.probe
.end
Wnioski:
Analizując charakterystyki wyjściowe tranzystorów, możemy zaobserwować, że tranzystor posiada
różne obszary pracy. W miarę wzrostu wartości bezwzględnej napięcia dren-źródło obserwujemy jak
tranzystor najpierw przechodzi przez zakres liniowego wzrostu prądu drenu (stan nienasycenia), by
wreszcie ustabilizować swoją charakterystykę wyjściową, do niemal płaskiej (stan nasycenia). Przejście
tranzystora w stan nasycenia powstaje na skutek odcięcia kanału przy drenie (przy dostatecznie dużym
napięciu dren-źródło). Napięcie progowe jest to napięcie którego przekroczenie powoduje utworzenie się
warstwy inwersyjnej pod bramką tranzystora. Możemy je zaobserwować w charakterystykach
przejściowych tranzystorów. Porównując wartości bezwzględne napięć progowych możemy zauważyć,
że w tranzystorze NMOS napięcie to jest mniejsze od napięcia progowego w tranzystorze PMOS. Stąd
też prąd tranzystora PMOS przy porównywalnych warunkach jest mniejszy od prądu tranzystora NMOS.
2.
Charakterystyki maksymalnego prądu drenu tranzystora NMOS (1) i PMOS (2)
od szerokości kanału (a) oraz odwrotności długości kanału (b).
Wykres 1a:
Wykres 1b:
Wykres 2a:
Wykres 2b:
Plik .cir do wykresu 1a:
* nmos
.MODEL N NMOS(LEVEL = 3
+ TOX
= 1.8E-8
+ VTO
= 0.6378109
NSUB
DELTA
= 1.268366E16
= -0.6127926
GAMMA
UO
= 0.3246848
= 532.5567276
+
+
+
+
+
+
+
ETA
KAPPA
NFS
WD
CGBO
MJ
MJSW
V1
V2
M4
=
=
=
=
=
=
=
0.0688848
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
4.192879E-3 RSH = 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
3.598738E11
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
4.21328E-7
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
3.586291E-9
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
0.381556
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
0.148419 )
1 0 5V
2 0 5V
2 1 0 0 N L=2u W={width}
.PARAM width=2u
.dc PARAM width 1u 30u 1u
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 1b:
* nmos
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
1 0 5V
2 0 5V
2 1 0 0 N L={dlugosc} W=2u
.PARAM dlugosc=2u
.dc PARAM dlugosc 1u 30u 1u
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 2a:
* pmos
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
1 0 -5V
2 0 -5V
2 1 0 0 P L=2u W={width}
.PARAM width=2u
.dc PARAM width 1u 30u 1u
.probe
.end
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
Plik .cir do wykresu 2b:
* pmos
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
1 0 -5V
2 0 -5V
2 1 0 0 P L={dlugosc} W=2u
.PARAM dlugosc=2u
.dc PARAM dlugosc 1u 30u 1u
.probe
.end
Wnioski:
Analizując charakterystyki tranzystorów w zależności od długości, możemy zaobserwować, że wartość
bezwzględna prądu drenu maleje wraz ze wzrostem długości kanału tranzystora, zarówno PMOS jak i
NMOS. Prąd drenu jest proporcjonalnie zależny do ładunku warstwy inwersyjnej. Czas tworzenia
warstwy inwersyjnej silnie zależy od czasu przelotu nośników przez kanał tranzystora (który to rośnie
wraz ze wzrostem długości kanału). Odwrotna sytuacja ma miejsce przy zwiększaniu szerokości kanału,
kiedy obserwujemy wzrost prądu drenu wraz ze wzrostem szerokości kanału.
3.
Charakterystyki wyjściowe (a) i przejściowe (b) tranzystorów NMOS (1) i
PMOS (2) dla trzech różnych wartości temperatur – 20 °C, 40 °C, 60 °C.
Wykres 1a:
Wykres 1b:
Wykres 2a:
Wykres 2b:
Plik .cir do wykresu 1a:
* nmos
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
1 0 5V
2 0 5V
2 1 0 0 N L=2u W=2u
.dc v2 0 5 0.1
.temp 20 40 60
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 1b:
* nmos
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
1 0 5V
2 0 5V
2 1 0 0 N L=2u W=2u
.dc v1 0 5 1
.temp 20 40 60
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 2a:
* pmos
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
1 0 -5V
2 0 -5V
2 1 0 0 P L=2u W=2u
.dc v2 0 -5 -0.1
.temp 20 40 60
.probe
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
.end
Plik .cir do wykresu 2b:
* pmos
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
V1
V2
M4
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
1 0 -5V
2 0 -5V
2 1 0 0 P L=2u W=2u
.dc v1 0 -5 -1
.temp 20 40 60
.probe
.end
Wnioski:
Analizując wpływ temperatury na charakterystyki wyjściowe tranzystorów PMOS i NMOS, możemy
stwierdzić, że wartość bezwzględna prądu drenu rośnie wraz z temperaturą. Podobnie wnioski
wyciągnąć możemy obserwując charakterystyki przejściowe. Zależność tą możemy opisać za pomocą
równania określającego wpływ temperatury na współczynnik transkonduktancji.
4.
Charakterystyki przejściowe inwertera CMOS dla różnych proporcji
szerokości kanału (2 µm, 4 µm, 8 µm) tranzystora NMOS (1), PMOS (2).
Wykres 1:
Wykres 2:
Plik .cir do wykresu 1:
* inwerter
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
V1
M3
M4
V2
2
3
3
1
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
0 5V
1 2 2 P L=1u W=2u
1 0 0 N L=1u W={width}
0 PWL 0 0 0.1n 5 3n 5 3.1n 0
.PARAM width=2u
.STEP PARAM width LIST 2u 4u 8u
.dc v2 0 5 0.1
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 2:
* inwerter
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
V1
M3
=
=
=
=
=
=
=
2 0 5V
3 1 2 2 P L=1u W={width}
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
M4
V2
3 1 0 0 N L=1u W=2u
1 0 PWL 0 0 0.1n 5 3n 5 3.1n 0
.PARAM width=2u
.STEP PARAM width LIST 2u 4u 8u
.dc v2 0 5 0.1
.probe
.end
Wnioski:
Napięcie przełączania inwertera CMOS zależy od wymiarów kanału tranzystora. Jeśli napięcie
przełączania dobierzemy tak, by było równe połowie napięcia zasilania to uzyskamy inwerter
maksymalnie odporny na zakłócenia. By uzyskać taki inwerter musimy poddać analizie długości i
szerokości kanałów tranzystorów PMOS i NMOS. Przy zwiększaniu szerokości kanału NMOS (przy
zachowaniu jednakowej długości kanału) obserwujemy oddalanie się w kierunku wartości 0 - napięcia
przełączania. Odwrotne efekty obserwujemy podczas zwiększania szerokości kanału tranzystora PMOS
(przy zachowaniu jednakowej długości kanału). Na podstawie przeprowadzonej analizy zauważamy, że
stosunek 2/1 (szerokość/długość) kanałów PMOS i NMOS daje nam inwerter maksymalnie odporny na
zakłócenia.
5. Charakterystyka przełączania inwertera bez zastosowania pojemności C1 (1),
charakterystyka przełączania inwertera z zastosowaniem pojemności C1 (2),
charakterystyka przełączania inwertera (3) dla różnych szerokości kanału (1
µm, 3 µm, 10 µm).
Wykres 1:
Wykres 2:
Wykres 3:
Plik .cir do wykresu 1:
* inwerter
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
V1
M3
M4
V2
2
3
3
1
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
0 5V
1 2 2 P L=1u W=2u
1 0 0 N L=1u W=3u
0 PWL 0 0 0.1n 5 3n 5 3.1n 0
*.dc v2 0 5 0.1
.tran 0.1n 6n
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 2:
* inwerter
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
V1
2 0 5V
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
M3
M4
V2
3 1 2 2 P L=1u W=2u
3 1 0 0 N L=1u W=3u
1 0 PWL 0 0 0.1n 5 3n 5 3.1n 0
*.dc v2 0 5 0.1
C1
0 3 0.2p
.tran 0.1n 6n
.probe
.end
Plik .cir do wykresu 3:
* inwerter
.MODEL N
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ WD
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
NMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= 0.6378109
= 0.0688848
= 4.192879E-3 RSH
= 3.598738E11
= 4.21328E-7
= 3.586291E-9
= 0.381556
= 0.148419 )
NSUB
= 1.268366E16
GAMMA = 0.3246848
DELTA = -0.6127926
UO
= 532.5567276
THETA = 0.0806494
VMAX
= 1.923644E5
= 654.5658635 IS
= 1.126041E-14
XJ
= 1E-9
LD
= 8.861389E-9
CGDO
= 2.907231E-10
CGSO
= 2.907231E-10
CJ
= 2.37583E-4
PB
= 0.6279748
FC
= 0.5
CJSW
= 7.38563E-10
.MODEL P
+ TOX
+ VTO
+ ETA
+ KAPPA
+ NFS
+ CGBO
+ MJ
+ MJSW
PMOS(LEVEL = 3
= 1.8E-8
= -0.6656707
= 0.028001
= 2.511732E-3
= 3.699542E11
= 1.846197E-9
= 0.5
= 0.5 )
NSUB
DELTA
THETA
RSH
XJ
CJ
FC
V1
M3
M4
V2
2
3
3
1
=
=
=
=
=
=
=
1.229448E16
0.0926287
0.1698187
1.327281E3
4.70174E-9
3.393537E-4
0.95
GAMMA
UO
VMAX
IS
LD
PB
CJSW
=
=
=
=
=
=
=
0.4004133
214.0051218
2.162037E5
1.255366E-14
1.728703E-7
0.8848537
1.198934E-12
0 5V
1 2 2 P L=1u W={width}
1 0 0 N L=1u W=2u
0 PWL 0 0 0.1n 5 3n 5 3.1n 0
.PARAM width=1u
.STEP PARAM width LIST 1u 3u 10u
*.dc v2 0 5 0.1
C1
0 3 0.2p
.tran 0.1n 6n
.probe
.end
Wnioski:
Analizując charakterystyki przełączania inwertera CMOS, możemy zaobserwować, że obciążania
inwertera pojemnością C1 przełączenie następuję niemal natychmiastowo (w momencie zmiany
napięcia wejściowego, napięcie wyjściowe dynamicznie zmienia stan). Po obciążeniu inwertera
pojemnością C1 obserwujemy znaczne zwolnienie dynamiki przełączania inwetera. W miarę
ładowania/rozładowywania pojemności C1 na skutek dużego/małego napięcia wejściowego
obserwujemy liniowy spadek/wzrost napięcia wyjściowego inwertera. Na prędkość przełączania inwetera
ma również wpływ szerokość kanału (na wykresie nr 3 pokazany jest wzrost szybkości przełączania na
skutek zwiększania szerokości kanału tranzystora PMOS).