Mod

1
Modélisation du délai dune porte CMOS SOI en
faible inversion
Alexandre VALENTIAN Olivier THOMAS Andrei
VLADIMIRESCU , Amara AMARA FTFC 15/05/2003
2
Plan

• Présentation du modèle sous-seuil
• Dérivation du délai
• transition rapide en entrée
• transition lente en entrée
• Application à un oscillateur en anneaux
• Conclusion

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IDSf(VGS)

• IDS est exprimée en fonction de
• Densité de courant d0I0/W0 à VT0
• Pente sous le seuil

0 VT0 VGS
4
IDSf(VBS)

• Le substrat flottant modifie VT0 et S
• Paramètres a (ajustement), NA (procédé)
• Constantes g, yF

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IDSf(VDS)Canal long

• Indépendant de VDS
• en pseudo-saturation

avec
6
IDSf(VDS)Canal court

• ISS est le courant de pseudo-saturation pour un
  transistor à canal long
• ?ISS est la pente du courant IDS pour les
  transistors à canal court
• aISS représente l ordonnée à l origine

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Le Modèle
Dépendances en VGS et VBS
Partie pseudo-linéaire
Partie pseudo- saturée
8
Extraction des paramètres

• Le modèle possède 5 paramètres
• 1 paramètre du procédé NA ? g, yF
• 4 paramètres d ajustement a, m, a, l
• IDS(VGS,VDSVDD,VBS0)
• I0 f(VT0,W0) ? définit la densité de courant
  de référence
• IDS(VGS,VDSVDD, VBS)
• ? f(VT0,VT) ? définit le courant ISS de
  saturation
• IDS(VGSVDD,VDS,VBS0)
• Extraction de a et ? ?ajustement de IDS(VDS)

9
Comparaison du modèle avec la technologie PD SOI
0.25µm
10
Plan

• Présentation du modèle sous-seuil
• Dérivation du délai
• transition rapide en entrée
• transition lente en entrée
• Application à un oscillateur en anneaux
• Conclusion

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Transition rapide de lentrée

• Temps de propagation (tpHL)
• Les effets du transistor PMOS peuvent être
  négligés
• Ctot représente la somme de la charge et de la
• capacité de sortie de linverseur

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Temps de propagation tPHL, tPLH

• Temps de propagation dun inverseur CMOS

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Dépendances de CL et de VBS

• Le temps de propagation a une dépendance
  linéaire de la charge et une dépendance
  exponentielle de VBS

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Plan

• Présentation du modèle sous-seuil
• Dérivation du délai
• transition rapide en entrée
• transition lente en entrée
• Application à un oscillateur en anneaux
• Conclusion

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Transition lente de lentrée

• dans la partie I, VDSP est petit donc on néglige
  IP
• dans la partie II, VGSP est petit donc on
  néglige également IP
• le courant du PMOS est 2 ordres de grandeur plus
  faible que celui du NMOS

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Temps de propagation tPHL

• On néglige les effets du transistor PMOS

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Variation du temps de propagation avec lentrée

• temps de propagation tPHL
• temps de propagation tPLH
• le temps de propagation dépend linéairement de
  la vitesse de transition de la tension d entrée

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Plan

• Présentation du modèle sous-seuil
• Dérivation du délai
• transition rapide en entrée
• transition lente en entrée
• Application à un oscillateur en anneaux
• Conclusion

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Oscillateur en anneaux

• loscillateur en anneaux est composé de 10
  inverseurs et dune porte Nand pour démarrer les
  oscillations
• les performances de loscillateur sont obtenues,
  à partir du modèle, en additionnant les temps
  tPLH et tPHL calculés pour une transition rapide
  de lentrée
• les performances intrinsèques de la technologie
  SOI 0.25µm dépendent exponentiellement de la
  tension d alimentation

20
Plan

• Présentation du modèle sous-seuil
• Dérivation du délai
• transition rapide en entrée
• transition lente en entrée
• Application à un oscillateur en anneaux
• Conclusion

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Conclusion

• A partir dun modèle sous-seuil simple incluant
  les dépendances en VGS, VBS et VDS, les équations
  du délai dun inverseur ont été dérivées.
• Le temps de propagation obtenu prend en compte
  linfluence de la vitesse de transition de la
  tension dentrée.
• Les résultats montrent une variation linéaire du
  délai avec la charge en sortie et la pente en
  entrée et une variation exponentielle avec la
  tension VBS.
• Appliqués à une structure doscillateur en
  anneaux, on note que les performances
  intrinsèques de la technologie SOI 0.25µm varient
  exponentiellement avec la tension dalimentation.
• Les résultats obtenus sont en bonne concordance
  avec les simulations.