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Cours dintroduction aux blocs analogiques
cr le 23.12.90, version du 29.2.99, imprim 17/11/2010
Table des matires
Table des matires.......................................................................................2
1. Introduction................................................................................................51.1. Le cours.........................................................................................51.2. La conception de circuits intgrs.................................................51.3. Les paramtres petits signaux...................................................... 6
2. Les lments disponibles en technologie CMOS..................................... 82.1. lments actifs en technologie CMOS......................................... 82.1.1. Les transistors MOS............................................................................................ 82.1.2. Dfinitions............................................................................................................ 92.1.3. Equations dfinissant le comportement du transistor MOS............................... 92.1.4. Le transistor bipolaire........................................................................................ 132.1.5. Dfinitions.......................................................................................................... 132.1.6. Equations dcrivant le comportement du transistor bipolaire..........................142.2. Elements passifs en technologie MOS....................................... 152.2.1. Les rsistances................................................................................................. 152.2.2. Les capacits.................................................................................................... 152.3. Elments parasites......................................................................16
3. Les bases des blocs fonctionnels........................................................... 183.1. Introduction..................................................................................183.2. Miroirs de courant........................................................................183.2.1. Miroir deux MOS............................................................................................ 183.2.2. Miroir fournissant plusieurs copies du courant d'entre................................... 193.2.3. Miroir amplifiant le courant................................................................................ 203.2.4. Miroir rduisant le courant................................................................................ 203.2.5. Miroir effectuant l'addition de plusieurs courants............................................. 213.2.6. Miroir effectuant une soustraction..................................................................... 213.2.7. Miroir effectuant une valeur absolue................................................................ 213.2.8. Miroirs deux bipolaires................................................................................... 223.2.9. Miroirs bipolaires amliors.............................................................................. 223.2.10. Miroir BiCMOS................................................................................................ 233.3. Paire diffrentielle........................................................................243.3.1. Principe de la paire diffrentielle....................................................................... 243.3.2. Linarisation de la paire diffrentielle............................................................... 253.4. Charges.......................................................................................263.4.1. La rsistance..................................................................................................... 273.4.2. Le MOS connect en diode.............................................................................. 27
3.4.3. Le MOS connect en source de courant.......................................................... 273.4.4. Le MOS en source de courant cascode......................................................... 273.4.5. Bande passante de la charge........................................................................... 28
4. Les blocs fonctionnels.............................................................................304.1. Les principaux blocs fonctionnels analogiques...........................304.2. Amplificateurs un tage............................................................304.2.1. Amplificateurs entre unique......................................................................... 304.2.2. Buffer................................................................................................................. 344.2.3. Amplificateur pseudodiffrentiel........................................................................ 354.2.4. Amplificateur diffrentiel.................................................................................... 354.3. OTA (Operational Transconductance Amplifier) simple.............374.4. OTA avec cascodes.................................................................... 394.5. Comparateurs..............................................................................404.6. Sources de courant..................................................................... 424.7. Sources de tension......................................................................434.8. Oscillateurs..................................................................................44
5. Autres notions fondamentales................................................................ 465.1. Capacits commutes.................................................................465.2. Circuits BiCMOS......................................................................... 485.3. MOS bipolaire....................................................................... 495.4. Layout analogiques..................................................................... 51
6. Exercices.................................................................................................566.1. Exercices concernant les lments............................................ 566.2. Exercices concernant les miroirs de courant.............................. 566.3. Exercices concernant les paires diffrentielles...........................576.4. Exercices concernant les charges.............................................. 586.5. Exercices concernant les OTAs simples.....................................58
7. Laboratoires............................................................................................ 607.1. Paramtres petits et grand signaux du transistor MOS..............607.1.1. Objectif de l'exprience..................................................................................... 607.1.2. Droulement de l'exprience............................................................................ 607.2. Contruction et mesure de buffers................................................607.2.1. Objectif de l'exprience..................................................................................... 607.2.2. Droulement de l'exprience............................................................................ 607.3. Construction et mesure d'OTAs simples.....................................627.3.1. Objectif de l'exprience..................................................................................... 627.3.2. Droulement de l'exprience............................................................................ 627.4. Construction et mesure d'un oscillateur......................................637.4.1. Objectif de l'exprience..................................................................................... 637.4.2. Droulement de l'exprience............................................................................ 63
8. Tables......................................................................................................648.1. Constantes.................................................................................. 64
8.2. Formulaire................................................................................... 668.3. Les grandeurs et leurs symboles................................................ 678.4. Exemples de paramtres technologiques...................................69
9. Plan du cours:......................................................................................... 72
1. Introduction
1.1. Le cours
Ce cours concerne les blocs de bases de l'lectronique intgre analogique. Il contient les notions ncessaires comprendre l'architecture de blocs fonctionnels simples et dimensionner des lments tant donnes des contraintes raisonnables.
Le cours est compos de trois parties:
la thorie dans laquelle sont donnes les dfinitions, les explications concernant le comportement des blocs fonctionnels et les rgles de conception,
les exercices qui permettent de revoir la matire et de vrifier que sa comprhension est correcte
les laboratoires qui confrontent la thorie avec la ralit des mesures.
L'tudiant est suppos avoir une connaissance gnrale de l'lectronique analogique et digitale avant le dbut du cours. Ces connaissances seront rvises et exprimes dans le language habituel des concepteurs de circuit intgrs.
Aprs avoir suivi ce cours, l'tudiant devrait pouvoir s'intgrer rapidement dans une quipe de conception de circuit intgr en tant que technicien de support, en particulier dans la phase de dessin des gomtries du circuit intgr (layout), de mesure et de test. Les connaissances qu'il aquiert ici lui permettent de dialoguer avec les ingnieurs de dveloppement, de mieux comprendre les implications des choix qui se font lors de cette phase de la conception et ainsi d'amliorer la qualit globale du circuit intgr.
1.2. La conception de circuits intgrs
Le but de la conception de circuits intgrs est de transformer les contraintes et spcifications du circuit en une liste d'lments, avec leurs dimensions et proprits, qui dfinissent le circuit intgr.
cours PDF/chevy007 page 5
spcifications
schmas
plan
Figure: La conception est la fabrication des schmas et du plan du circuit intgr partir de sa spcification.
1.3. Les paramtres petits signaux
Dans les circuits analogiques, les composants n'utilisent gnralement pas toute leur plage de fonctionnement, mais qu'une petite partie de celle-ci. On dit alors qu'on volue autour d'un point de travail. On va exprimer le comportement du dispositif en paramtres petits signaux qui dpendent du point de travail. Il s'agit en fait d'une approximation linaire du comportement rel du dispositif.
I [A]
V [V]
Gg
I(V)i(v)
Figure: Paramtres petits signaux. La pente G donne le rapport entre le courant et la tension au point de travail, alors que la pente g donne le rapport entre l'volution du courant et l'volution de la tension aurtour du point de travail
cours PDF/chevy007 page 6
I [A]
V [V]
temps
temps
Figure: Signal transform par un transistor, usage des paramtres petits signaux.
cours PDF/chevy007 page 7
2. Les lments disponibles en technologie CMOS
2.1. lments actifs en technologie CMOSLes lments actifs disponibles en technologie CMOS sont les transistors MOS et des transistors bipolaires (souvent dits parasites).
2.1.1. Les transistors MOS
Les transistors MOS sont raliss dans la surface du circuit intgr. Ils sont composs de deux diffusions conductrices (drain et source) spares par un espace dont la conductivit est controle par une grille (couche de polysilicium dpose sur une couche trs mince d'oxyde), le canal du transistor se formant dans le caisson situ sous la grille. Les transistors sont isols les uns des autres par des diodes.
Dans les technologies CMOS courantes existent deux types de transistors MOS: les MOS canal n et les MOS canal p, aussi appel MOS n et MOS p. Les MOS canal n ont des drains et sources dops par un matriau ayant un excs de charges ngatives (lectrons), les MOS canal p ont des drains et sources dops par un matriaux ayant un excs de charges positives (trous). L'espace sparant les drains et sources est trs lgrement dop en polarit inverse formant donc deux diodes opposes lorsqu'il n'est pas polaris. La polarisation de la grille permet d'inverser localement la polarisation de l'espace sparant drain et source et de crer ainsi un canal conducteur.
n-
n+ p+ p+ n+ n+
V+ D G S V- D G S
Figure: Les transistors MOS dans une technologie intgre
cours PDF/chevy007 page 8
2.1.2. Dfinitions
grille G
drain D
source S
caisson B grille G
drain D
source S
caisson B
Figure: Symbole des transistors MOS n et p.
Les tensions mesures sur les bornes du transistor MOS sont nommes:
VGS: tension entre la grille et la source du transistor
VDS: tension entre le drain et la source du transistor
VD: tension entre le drain et le caisson du transistor
VG: tension entre la grille et le caisson du transistor
VS: tension entre la source et le caisson du transistor
Ces tensions sont en principe utilises avec leur signe. Nanmoins, lorsqu'il n'y a pas d'ambiguit, on a tendance n'indiquer que la valeur absolue des tensions et paramtres des transistors.
Comme le transistor MOS habituel est symtrique, le drain n'est pas diffrenciable de la source. Par commodit, on appelle gnralement drain le ct d'un canal n au potentiel le plus lev, et le ct d'un canal p au potentiel le plus faible, les charges s'coulant donc de la source vers le drain.
Si on ne le mentionne pas autrement, on considre positif un courant qui entre dans un composant (comme le courant de drain d'un transistor n ou le courant de source d'un transistor p).
2.1.3. Equations dfinissant le comportement du transistor MOS.
On peut partager le fonctionnement du transistor MOS en plusieurs modes, selon le mcanisme qui prdomine au contrle du courant de drain par la tension de grille.
Mode de forte inversion sature: comportement quadratique
Mode linaire: comportement linaire
Mode de faible inversion sature: comportement exponentiel
cours PDF/chevy007 page 9
Transistor MOS canal n VDS >
VG VTn
, VG > VT
ID =2n
VG VT nVS( )2
VDS VT
ID =2n
VG VT nVS( )VDSVDS > 4UT , VG < VT
ID = Isat eVGV T
nUTe
VSUT
Transistor MOS canal p VDS >
VG VTn
, VG > VT
ID =2n
VG VT +nVS( )2
VDS VT
ID =2n
VG VT +nVS( ) VDS( )VDS > 4UT , VG < VT
ID = Isat eVGV T
nUT e
VSUT
Tableau: Equations dcrivant le comportement des transistors MOS
Mme en saturation, il reste une influence de VDS sur ID. Par simplification, on exprime gnralement celle-ci par une tension VEARLY qui dpend linairement de la longueur du transistor. On exprime alors la diffrence de courant de la manire suivante:
ID = IDVDS
VEARLY
o VEARLY = Vearly L
Ce calcul n'est qu'une approximation trs grossire et doit tre affin par simulation.
cours PDF/chevy007 page 10
Paramtre Formule RemarquesLongueur du transistor MOS
W
Largeur du transistor MOS
L
Epaisseur de l'oxyde de grille
Tox
Potentiel thermique UT =
kTq
26 mV 300 K
Capacit d'oxyde Cox =
oTox
Il s'agit d'une capacit surfacique
Cofficient d'inversion Ki =
IDIsat
Forte inversion si Ki>>1, faible inversion si Ki
Id
Vg Vd
linaire satur
VG = VT
VG >VT
forte inversion
faible inversion
comportementen saturation
VT
Idsat
Figure: Double graphe dcrivant les caractristiques d'un transistor MOS pour VS nul.
Id
Vg Vd
go
gm
Figure: Paramtres petits signaux du MOS avec source au substrat.
Dans le cas du transistor MOS, les paramtres petits signaux s'expriment facilement en fonction du courant de drain du transistor.
Dfinition MOS faible inversion
MOS forte inversion
MOS linaire
gm IDVG
=
IDnUT
=
IDnUT Ki
=
VDSn
gms IDVB
=
IDUT
=
IDUT Ki
= VDS
go IDVD
=
IDVEARLY
=
IDVEARLY
= VGS VT( )
Tableau: Paramtres petits signaux des transistors MOS
cours PDF/chevy007 page 12
2.1.4. Le transistor bipolaire
Le transistor bipolaire a un comportement diffrent du transistor MOS. Dans ce cours nous n'aborderons que son rgime dit linaire. Les diffrence principales par rapport au transistor MOS sont l'absence d'effet de substrat (c'est un composant 3 connexions), la prsence du courant de base et une fonction de transfert exponentielle.
La dnomination des rgimes n'est pas la mme que pour le transistor MOS.
n-
n+ p-
C B V-
n+
n+
E
Figure: Un transistor bipolaire intgr
2.1.5. Dfinitions
base B
collecteur C
metteur E collecteur C
metteur E
base B
Figure: Symboles des transistors bipolaires npn et pnp
Les tensions mesures sur les bornes du transistor bipolaire sont nommes:
VCE: tension entre le collecteur et l'metteur du transistor
VBE: tension entre la base et l'metteur du transistor
cours PDF/chevy007 page 13
2.1.6. Equations dcrivant le comportement du transistor bipolaire
Les caractristiques courants-tensions du transistor bipolaire ressemble celui du transistor MOS, mais il n'a que 3 ports (base, metteur et collecteur) et ses courbes idales sont plus simples.
Transistor bipolaire npn
IC = IS eVBEV T
Transistor bipolaire pnp
IC = IS eVBE
VT
Tableau: Equations dcrivant le comportement des transistors bipolaires
Le mode de fonctionnement du transistor bipolaire dpend de sa polarisation. On peut dfinir ses caractristiques en saturation l'aide d'un double graphe.
IcIclin
Vbe Vce
Figure: Double graphe dcrivant le comportement d'un transistor bipolaire
Dfinition bipolaire linaire
gb ICVB
=
ICVT
ge ICVE
=
ICVT
go ICVC
=
ICVEARLY
Tableau: Paramtres petits signaux des transistors bipolaires
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2.2. Elements passifs en technologie MOS
Les principaux lments passifs en technologie MOS sont les rsistances et les capacits. Certaines technologies disposent galement de diodes flottantes qui peuvent tre utilises pour faire des redresseurs ou des rsistances de forte valeur.
2.2.1. Les rsistances
Il y a plusieurs types de rsistances en technologies CMOS:
les rsistances en polysilicium utilisent les mmes couches que les grilles des transistors (CP), elles sont gnralement peu rsistives. Certaines technologie disposent de couches polysilicium faiblement dopes qui permettent d'avoir des rsistances de plus forte valeur
les rsistances en diffusion n ou p utilisent les mmes couches que les sources et drains des transistors (DN et DP)
les rsistances en caisson utilisent la mme couche que le caisson du transistor (CW).
La rsistivit d'une couche est exprime en rsistance par carr. La valeur relle d'une rsistance est sa rsistivit multiplie par sa longuer, divise par sa largeur.
2.2.2. Les capacits
Les capacits sont de trois types principaux: les capacits situes entre les couches conductrices, les capacits de grille et les capacits de jonction. les capacits situes entre les conducteurs ont une valeur surfacique
relativement faible. Leur valeur est indpendante de la temprature et de la tension applique. Leur appariement est gnralement trs prcis
les capacits de grille ont une valeur surfacique suprieure aux capacits interconducteurs. Cette valeur change peu avec la temprature et la tension applique. Dans les fichiers technologiques, elle est gnralement nomme COX
les capacites de jonction ont une valeur surfacique trs dpendante de la tension applique
cours PDF/chevy007 page 15
2.3. Elments parasites
n-
n+ p+ p+
V+ D G S V-
Figure: Les lments parasites du transistor MOS
A chaque jonction est associe une diode et une capacit de jonction. Ces capacits limitent la frquence maximale de fonctionnement du circuit intgr et sont un important facteur de la consommation de courant des circuits haute frquence digitaux et analogiques.
L'influence des lments parasites dpend fortement du schma. Habituellement, les lments dominants sont la capacit grille-caisson, la capacit de recouvrement grille-drain et la capacit de jonction drain-caisson.
CgdCdw
CwbCswCgs
Cgw
DG
S
B
Figure: Les lments parasites du transistor MOS
Le transistor bipolaire a moins d'lments parasites. Ses lments parasites dominants sont les rsistances de base et de collecteur, ainsi que la capacit base-collecteur.
cours PDF/chevy007 page 16
n-
n+p-
C B V-
n+
n+
E
Figure: Les lments parasite du transistor bipolaire
Cbc Ccs
Cbe
Figure: Les lments parasites du transistor bipolaire
cours PDF/chevy007 page 17
3. Les bases des blocs fonctionnels
3.1. Introduction
Les bases des blocs fonctionnels sont des assemblages de quelques lments pour raliser des parties de circuits fonctionnels. On verra dans ce chapitre, en particulier, des miroirs de courant varis, des paires diffrentielles et diffrents types de charges.
Les miroirs de courant ralisent des des fonctions simples ayant en entre et en sortie des courants, les paires diffrentielles transforment des diffrences de tensions en diffrences de courants et les charges transforment des courants en tension.
3.2. Miroirs de courant
Les miroirs de courant permettent de copier des courants. Ils permettent galement de raliser des fonction simples des courants, comme des additions, des soustractions et des valeurs absolues.
Ils sont utiliss de manire extensive pour polariser les blocs fonctionnels analogiques. Ils utilisent le principe de similitude.
Principe de similitude:
Deux dispositifs identiques mis dans des conditions identiques se comportent de manire identique
3.2.1. Miroir deux MOS
Le miroir de courant est l'lment de base utilis pour la rplication, l'addition et la soustraction. Il ne fonctionne qu'avec des courants unipolaires.
cours PDF/chevy007 page 18
I1 I2
M1 M2
Figure: Miroir 2 MOS
Polarisation des transistors:
I1 =12n1
VGS1 VT1( )2
I2 =22n2
VGS2 VT2( )2
Conditions de fonctionnement:
I1 > 0
VDS2 >VGS2 VT
n
I2 = I1
3.2.2. Miroir fournissant plusieurs copies du courant d'entre
I1 I2
M1 M2
I3
M3
Figure: Miroir fournissant deux copies du signal d'entre
I2 = I1
I3 = I1
cours PDF/chevy007 page 19
3.2.3. Miroir amplifiant le courant
I1I2
M1 M2 M3
Figure: Miroir amplifiant le courant
I1 = ID1 = ID2 = ID3
I2 = ID2 + ID3 = 2 I1
Ici la multiplication de courant est ralise par la mise en parallle de transistors la sortie du miroir. On peut aussi utiliser les dimensions des transistors pour parvenir au mme rsultat.
On conomise de la surface avec des transistors de taille diffrente, mais on perd de la prcision car les effets de bord ne sont pas les mmes l'entre et la sortie du miroir.
3.2.4. Miroir rduisant le courant
I1I2
M1 M2 M3
Figure: Miroir rduisant le courant
ID1 = ID2 = ID3 = I2
I1 = ID1 + ID2 = 2 I2 donc I2 =I12
cours PDF/chevy007 page 20
3.2.5. Miroir effectuant l'addition de plusieurs courants
I1
M1 M2 M3 M4
I2 I3
Figure: Miroir effectuant l'addition de plusieurs courants
ID1 = ID2 et ID3 = ID4
I2 = ID2 + ID3 donc I2 = I1+ I3
3.2.6. Miroir effectuant une soustraction
I1
M1 M2 M3 M4
I2 I3
Figure: Miroir effectuant une soustraction
I3 = I2 I1 si I2 > I1
I3 = 0 si I1 I2
3.2.7. Miroir effectuant une valeur absolue
I3I2I1
M9 M10 M11 M12M7 M8
BA
M13 M14
BAM1 M2 M3 M4 M5 M6
Figure: Miroir effectuant une valeur absolue
cours PDF/chevy007 page 21
Les miroirs M1-M2-M5 et M3-M4-M6 distribuent les courants d'entre dans les soustracteurs M7-M8-M9-M10 et M11-M12-M13-M14. Les rsultats des deux soustractions sont somms pour donner I3.
I3 = I2 I1
Ce schma permet d'avoir une sorte de norme de la diffrence de courant. Il est utiliser pour polariser des amplificateurs adaptatifs dans lesquels le courant de polarisation est augment lorsque la norme du signal augmente.
3.2.8. Miroirs deux bipolaires
On peut utiliser les mmes principes pour raliser des miroirs avec des transistors bipolaires.
I1
Q1
I2
Q2
Figure: Miroir deux bipolaires
Dans le miroir bipolaire, il faut tenir compte du gain du transistor car une partie du courant I1 part dans la base de Q2.
I2 = I1 2I1 = I1 1
2
3.2.9. Miroirs bipolaires amliors
On peut utiliser les transistors non seulement pour la fonction de copie du miroir, mais galement pour amliorer ses performances.
cours PDF/chevy007 page 22
Q3 Q4
I1
Q1
I2
Q2
Figure: Miroir bipolaire amlior I
Dans ce miroir, on s'arrange pour avoir deux fois la mme fuite de courant: une fois dans Q2 et une fois dans Q3, ainsi les deux fuites semblent s'annuler. En fait il reste un rsidu.
I2 = I1+ 2I12 = I1 1+
22
I1
Q1
I2
Q2
V+
Figure: Miroir bipolaire amlior II
Dans ce miroir, on utilise un transistor suplmentaire pour isoler la base de Q2. On perd de la tension et la bande passante du miroir se dtriore.
I2 = I1+ 2I12 = I1 1+
22
3.2.10. Miroir BiCMOS
Certaines technologies permettent de mler transistors MOS et bipolaires. On verra plus loin d'autres applications.
cours PDF/chevy007 page 23
I1
Q1
I2
Q2
V+
Figure: Miroir BiCMOS
Dans ce cas, aucun courant ne relie I1 la grille de Q2. Les remarques faites ci-dessus concernant la tension ncessaire sur l'entre et la bande passante sont toujours valables.
I2 = I1
3.3. Paire diffrentielle
3.3.1. Principe de la paire diffrentielle
La paire diffrentielle est l'lment de base pour l'acquisition de tensions. Elle est forme de deux transistors identiques de source et caisson commun, connects une source de courant.
I1 I2
Vi+ Vi-
Ip
V-
Figure: Principe de la paire diffrentielle
Comme pour le miroir de courant, si les tensions Vi+ et Vi- sont identiques, alors les courants I1 et I2 sont identiques.
Pour comprendre le fonctionnement de la paire diffrentielle, on regarde son comportement autour de son point de travail. On utilise donc des approximations petits signaux.
cours PDF/chevy007 page 24
i1 i2
gm1(vi+ - v3) gm2(vi- -v3)
ip
v3
Figure: Principe de la paire diffrentielle en petits signaux
i1+ i2 = ip et i1 i2 = gm vi+ vi( )En principe, Ip ne varie pas durant la mesure, donc ip = 0.
i1 = i2 =gm2
v i+ vi( )
Figure: Fonction arctan similaire au comportement de la paire diffrentielle
3.3.2. Linarisation de la paire diffrentielle
La linarit de la paire diffrentielle est limite par la variation du gain des transistors avec le courant qui les traverse. Pour amliorer la linarit de la paire diffrentielle on peut la dgnrer l'aide de rsistances. Il faut que la rsistance soit plus grande que l'inverse de la conductance en petits signaux pour que la variation de cette dernire n'influence plus le gain.
cours PDF/chevy007 page 25
I1 I2
Vi+ Vi-
Ip
V-
Re Re
Figure: Paire diffrentielle dgnre par des rsistances
Les rsistances limitent le gain de la paire diffrentielle et le gain rsiduel varie moins avec le courant. La linarit est donc amliore, au prix d'une augmentation de la tension de commande.
En fait, le courant de polarisation est inutile dans les rsistances. Il y a une possibilit d'viter cette chite de tension.
I1 I2
Vi+ Vi-
Ip/2
V-
Ip/2
V-
2Re
Figure: Paire diffrentielle dgnre par des rsistances II
Si on met deux sources de courant de polarisation, et qu'on met les rsistances entre les deux sources, seule la diffrence de courant portant le signal passera dans les rsistances. Lea chute de tension est nettement rduite.
3.4. Charges
La charge gnre une tension partir d'un courant.
cours PDF/chevy007 page 26
3.4.1. La rsistance
La rsistance est une charge linaire. Sa rsistivit (en premire approximation) ne dpend pas de sa tension.
IR
V
I
V=RI
3.4.2. Le MOS connect en diode
Le transistor MOS connect en diode est l'lment d'entre des miroirs de courant.
I
V
I
i=2 Ut I vI=/(2n) (Vgs-Vt) 2
3.4.3. Le MOS connect en source de courant
Le MOS connect en source de courant permet d'obtenir un grand gain sans grande chute de tension et sur une petite surface.
I
V
I
i=go v
I=/(2n) (Vgs-Vt) 2
Vmax
3.4.4. Le MOS en source de courant cascode
Le montage en cascode induit une contre-raction qui augmente considrablement l'impdance vue depuis le drain du transistor de cascode. Il permet donc de raliser des gains plus levs que le montage en source de courant simple.
cours PDF/chevy007 page 27
I
go1
go2gms v1
0
0
vo
v1
I
Si une variation de courant est impose la sortie, elle doit passer travers go2, puis go1. Lorsque ce courant traverse go1, il gnre une tension sur v1 qui bloque le cascode par gms1, l'effet de go1 est donc amplifi par gms1.
i = go1 go2gms2vo
3.4.5. Bande passante de la charge
La bande passante d'une charge RC vaut 1/(2 RC)
I
RC
1/2RC
La bande passante d'une charge rsistive associe une capacit est inversement proportionnelle son impdance, mais son gain qui lui est associ est proportionnel son impdance.
I
I
I
RC
I
C C
C
cours PDF/chevy007 page 28
gm/2Cgo/2C
go2/2gmC
Un cascode diminue la bande passante et augmente le gain associ une charge, il maintient le produit gain * bande passante (GBW). (Pour des systme de premier ordre)Dimensionnement I donn:
I IsatnUT
ZL > 1
2n UT2 > n2
UT2
I ZL2
WL
=
n
2I ZL2 oSlew rate
S IC
Chute de tension
VGS = VT +2n I
cours PDF/chevy007 page 29
4. Les blocs fonctionnels
4.1. Les principaux blocs fonctionnels analogiques
Les blocs fonctionnels sont des assemblages d'lments permettant de raliser une fonction. Les principaux blocs fonctionnels analogiques, qu'on retrouve dans la plus grande partie des circuits intgrs, mme digitaux, sont les amplificateurs, les comparateurs, les sources et les oscillateurs.
4.2. Amplificateurs un tage
Les amplificateurs un tage sont forms d'un gnrateur de courant command (ou d'un gnrateur de diffrence de courant) et d'une charge.
4.2.1. Amplificateurs entre unique
L'amplificateur une rsistance est utilis pour faire de petits gains (1 - 10) tout en maintenant une grande bande passante mais en perdant peu de tension (moins d'un VT).
vo
viM
R
vo = gmR( )vi
Figure: Amplificateur une rsistance
Les lments parasite de l'amplificateur limitent sa bande passante
cours PDF/chevy007 page 30
Cgd Cdw
CwbCsw
Cgs
Cgw
Rl
Vi
Vo
Figure: Les lments parasites de l'amplificateur une rsistance
Cdwvi
vo
Rlgm vigo
Cgdii
Cgs
Figure: Les lments parasites de l'amplificateur une rsistance
LCK(grille): ii = vi vo( )s CGD + vi s CGS
LCK(drain): 0 = vi vo( )s CGD go vo gm vi voRL
=> vo = vi
s CGD gms CGD + go +
1RL
=> vo gm RL v i en basse frquence
=> ii = vi s CGD 1+ gm RL( )+ s CGS( )L'amplificateur transistor en diode est essentiellement utilis comme entre de miroir de courant pour une charge active (voir dessous).
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vo
viMn
Mp
vov i
=
gmngmp
Figure: Amplificateur transistor en diode
vo
vi
Mp
Mn
vov i
=
gmngon + gop
Figure: Amplificateur transistor en source de courant
vo
vi
Mp
Mn
vov i
=
gmn + gmpgon + gop
Figure: Inverseur
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vo
vi
Ip
M1
M2
M3
vov i
= 1
Figure: Amplificateur suiveur gain unitaire
vo
vi
Ip
M1
M2
M3
vov i
=
gmgms
< 1
Figure: Amplificateur suiveur
vo
vi
M3
M4
M2
M1
vov i
=
gm1go1+ go2
gms2+
go3 + go4gms4
Figure: Amplificateur charge cascode
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M3
M4
vi M1
voM2
M5
Figure: Amplificateur charge cascode replie
4.2.2. Buffer
Le buffer est constitu d'un transistor et d'une source de courant. Il sert isoler un noeud ou transformer l'impdance du signal.
Figure: Le buffer et son schma quivalent
Calcul de sa fonction de transfert:
vo =gm vi vo( )
ZL1 + go
vov i
=
gmZL1 + gm + go
vov i
1 1gm ZL
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Saturation: gm =I IsatnUT
4.2.3. Amplificateur pseudodiffrentiel
L'amplificateur pseudo-diffrentiel est form de deux transistors chargs de gnrer un courant dpendant du signal, et d'un miroir actif qui propoage la diffrence de courant vers la sortie. Il sert comparer deux tensions (boucle ouverte) ou gnrer une tension identique une tension de commande (boucle ferme).
V+
I1
V-
I2
Figure: Amplificateur pseudo-diffrentiel en boucle ouverte
V+
I1
V-
I2
Figure: Amplificateur pseudo-diffrentiel en boucle ferme
La consommation de l'amplificateur pseudo-diffrentiel dpend fortement du signal d'entre.
4.2.4. Amplificateur diffrentiel
L'entre d'un amplificateur diffrentiel est compose d'une paire diffrentielle. La consommation de cet amplificateur ne dpend pas (en premire approximation) du signal d'entre. On apple amplificateur compltement diffrentiel un amplificateur diffrentiel dont les sorties sont diffrentielles.
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vi+ vi-
vo- vo+
Ip
Figure: Amplificateur compltement diffrentiel faible gain
vi+ vi-vo-
vo+
Ip
Figure: Amplificateur compltement diffrentiel haut gain
vi+vi-
vo-vo+
Ip
Figure: Amplificateur compltement diffrentiel gain unitaire
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vi-
vo
Ip
Figure: Amplificateur diffrentiel charge active
4.3. OTA (Operational Transconductance Amplifier) simple
vi+ vi-vo
Ip
M5 M3 M4 M6
M1 M2
M7 M8
1:N
1:N
C l
Figure: L'OTA simple
L'OTA simple est constitu d'une paire diffrentielle et de trois miroirs de courant. Son entre et sa sortie sont haute impdance. Ce circuit est utilis pour commander des rseaux de capacits. Il peut travailler trs faible tension d'alimentation.
Ses fonctions sont semblables celle de l'amplificateur diffrentiel charge active, mais le potentiel de son noeud de sortie peut varier quasiment d'une alimentation l'autre.
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vi+ vi-
Ip
1:N
1:N
Ip/2Ip/2
N * Ip/2
Figure: Les courants dans l'OTA simple au repos
La polarisation de l'OTA se fait par une source de courant. Ce courant est rparti par la paire diffrentielle, puis copi dans les miroirs de courant. Si on a pas de signal diffrentiel l'entre de l'OTA, le courant rsultant la sortie de l'OTA est nul.
vi+ vi-
1:N
1:N
I N * II
N * I
2N * I
Figure: Variations de courant dans l'OTA simple soumis une diffrence de tension d'entre.
Si une tension diffrentielle est prsente l'entre de l'OTA, alors la diffrence de courant se propage jusqu' sa sortie. C'est elle qui engendre un signal de sortie.
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4.4. OTA avec cascodes
vi+ vi-
voIp
Figure: OTA avec cascode
L'OTA avec cascode a plus de gain en tension que l'OTA simple, mais le mme produit gain * bande passante. L'excursion de sa tension de sortie est rduite.
vi+ vi-
voIpIp/2
Figure: OTA cascode repli
L'OTA cascode repli est particulirement rapide car un miroir de courant est supprim. La plage de tension d'entre peut tre tendue vers le haut.
On trouve les relations suivantes entre tension d'entre et signal de sortie:
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gain = vovi
=
gm1Ngo6 + go8
BW = go6 + go82pi CL
GBW = vovi
=
gm1 N2pi CL
SR = NIpCL
4.5. Comparateurs
Le comparateur sert d'interface entre le monde analogique et le monde digital.
Figure: Diffrents types de comparateurs
Figure: Comparateur ralis par une chaine d'amplificateurs
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I22
I2
I21I12I11
I1
Ip
1:M M:1
Vo+
Vi-
Vo-
Vi+
Figure: Comparateur ralis par contre-raction positive dans un amplificateur
Dans ce dernier comparateur, le courant qui traverse les deux miroirs cre une contre-raction positive. On peut calculer la diffrence de tension ncessaire l'entre pour stopper cette contre-raction (exemple en faible inversion): il faut que la diffrence de courant due la paire diffrentielle soit suprieure celle due aux miroirs.
I1 = M I2
I1 = Isat eVG1V T
nUT
I2 = Isat eVG2 VT
nUT
I1I2
= e
VG1VG2nUT
= M
=> VG1 VG2 = nUT ln M( )
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4.6. Sources de courant
Figure: Sources de courants simples
1:N
1:MR
I2I1
Figure: Rfrence de courant
Calcul des dimensions de la rfrence de courant
I2 = N I1 I1 = Is eVGVT
I2 = M Is eVG I2 R
VT
I1I2
=
1M
e
I2 RVT
=
1N
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I1 =VTR
ln 1N M
N
I2 =VTR
ln NM
Remarque: VT T , R T
4.7. Sources de tension
R
Ip
Vref
V+
V-
+
-
R1 Vref
V+
V-
+
-
R2
R
Vref
V+
V-
+
-
Q
Figure: Sources de tension
R1
V+
Q1 Q2
R2 R3
+
-
Vref
V1V2
Figure: Rfrence de tension
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Temperature
Voltage
Vbe1Vbe2
Vbe
Vbe1 + K Vbe2
Figure: Principe de la rfrence de tension
4.8. Oscillateurs
Figure: Oscillateur en anneau
f 2pi gmC
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Figure: Oscillateur en anneau
f 2pi gmC ,
gm =I Isatn UT
, I Vi VT( )2
R
S
V+
V-
Figure: Oscillateur relaxation
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5. Autres notions fondamentales
5.1. Capacits commutes
A B
C
Figure: Base des capacits commutes
q = C VA VB( )I = f q = f C VA VB( )
Requ =1
R C
Vi
C
C
Vo
Figure: Intgrateur en capacit commutes
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ViC
C
Vo
Figure: Intgrateur en capacit commutes
ViC
C
Vo
Figure: Intgrateur en capacit commutes
ViC
C
Vo
Sr
Figure: Amplificateur en capacit commutes
V2- 2C
C
Vo
Sr
V2+
V1- 1C
V1+
Figure: Additionneur en capacit commutes
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Vi CC
Vo
Sr
Vref
So
Figure: Amplificateur avec auto-zro en capacit commutes
Vi CC
Vo
Sr
Vref
So
Figure: Amplificateur avec auto-zro en capacit commutes
5.2. Circuits BiCMOS
Ii Io
Figure: Miroir de courant BiCMOS
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Figure: Amplificateur deux tages BiCMOS
5.3. MOS bipolaire
Certains schma peuvent tre raliss aussi bien en technologie MOS que bipolaire. On peut alors comparer les possibilits des deux types de technologies. Dans la pratique, les facteurs de cots sont si nettement l'avantage du CMOS que seules des contraintes trs svres de frquence, de bruit et de consommation peuvent encore faire choisir le bipolaire ou le BiCMOS pour un nouveau design. C'est le cas pour certains produits utiliss en tlcommunication et certains processeurs trs rapides.
vi+ vi-
vo
Ip
Figure: Amplificateur MOS
vi+ vi-
vo
Ip
Figure: Amplificateur bipolaire
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Remarques
(+ = prfr)
Gain- + gm
go plus lev en bipolaire
Surface + - gomtrie des transistors plus malables en MOS
Impdance dentre
+ - impdance DC infinie en MOS
Bruit- + bruit 1/f important en MOS
GBW- + fT du bipolaire peut tre trs lev
Tension doffset- + tension de seuil du MOS nest pas un
paramtre physique
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5.4. Layout analogiques
Mthodologie:
1) Evaluation de la taille des blocs2) Evaluation des noeuds sensibles3) Placement des blocs en tenant compte du routage4) Layout des blocs5) Vrification des rgles de layout et lectriques6) Placement et routage7) Eventuellement compaction8) Vrification des rgles de layout et lectriques9) Back annotation et simulation globale
Figure: coupe d'un circuit CMOS
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Figure: Un transitor MOS minimal
Figure: Un transistor MOS en U
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Figure: Un transistor MOS en peigne
Figure: Un transistor MOS en serpentin
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Figure: Miroir 1-8 appari
Figure: Rsistances apparies
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Figure: Rsistances apparies
Figure: Capacits apparie (ancienne mthode)
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6. Exercices
6.1. Exercices concernant les lments
Exercice 1:
Calculer les paramtres Cox et beta0 des technologies A, B et C.
Exercice 2:
Calculer le courant de drain pour des MOS n et p carrs en technologie A, B et C avec une tension de grille de 3 V.
Exercice 3:
Calculer le courant de drain pour des MOS n et p carrs en technologie A, B et C avec une tension de grille de 0.5 V.
Exercice 4:
Calculer les paramtres petits signaux d'un transistor n avec W/L=100 en technologie A et C travers par un courant de 10 nA.
Exercice 5:
Calculer les paramtres petits signaux d'un transistor n minimal en technologie A et C travers par un courant de 10 A.
6.2. Exercices concernant les miroirs de courant
Exercice 6:
Calculer les dimensions des transistors pour avoir un miroir de courant n en faible inversion (Ki < 0.1) en technologie B pour un courant de 1 A.Exercice 7:
Calculer les dimensions des transistors pour avoir un miroir de courant p en forte inversion (Ki > 10) en technologie C pour un courant de 1 A.
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Exercice 8:
Calculer les dimensions des transistors pour avoir un miroir de courant p en faible inversion (Ki < 0.1) en technologie C pour un courant de 1 A.Exercice 9:
Calculer l'impdance et la tension d'entre ainsi que la tension de saturation de sortie des miroirs des exercices 7 et 8.
Exercice 10:
On veut raliser un miroir de courant qui recevant un courant de 100 nA dlivre 800 nA. Ce miroir doit tre polaris en forte inversion et on travaille avec la technologie C. Dimensionner le miroir.
Exercice 11:
On veut copier 1 A. La tension l'entre du miroir doit tre infrieure 1.5 V et la tension la sortie est de 500 mV. Quelles doivent tre les dimensions des transistors en technologie C pour que le miroir travaille en forte inversion (Ki > 10) sature ?Exercice 12:
Calculer l'impdance et la tension d'entre d'un miroir bipolaire en technologie A (utiliser le bipolaire latral) pour 1 A.Exercice 13:
Calculer la tension d'entre ncessaire pour le miroir de l'exercice 12 si on lui ajoute un transistor d'isolation MOS de dimensions minimales.
6.3. Exercices concernant les paires diffrentielles
Exercice 14:
Calculer le gain d'une paire diffrentielle en faible inversion polarise 100 nA.
Exercice 15:
Calculer la rsistance ncessaire pour amliorer d'un facteur 10 la linarit de cette paire diffrentielle (Re = 10/gm) et la chute de tension qui en rsulte si la rsistance est mise entre la source du MOS et la source de courant.
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6.4. Exercices concernant les charges
Exercice 16:
Calculer la rsistance quivalente au point de travail, la bande passante et la chute de tensionsur les charges suivantes: a) une rsistance, b) un transistor MOSp en diode, c) un transistor MOSp en source de courant. Chacun en parallle avec une capacit de 2 pF, travers par un courant de 10 uA, un W/L de 10, en technologie C.
Exercice 17:
Pour comparaison, calculer Cgate et Cdrain.
Exercice 18:
Calculer le gain si la source de courant est un MOSn de dimension W/L=100 dans les cas A), B) et C). (L'entre du signal est la grille du MOSn, la sortie est le drain du MOSn).Exercice 19:
Calculer le rapport gain * bande passante dans les cas A), B) et C).
6.5. Exercices concernant les OTAs simples
vi+ vi-vo
Ip
M5 M3 M4 M6
M1 M2
M7 M8
1:N
1:N
C l
Pour les exercices suivants, Ip = 1 uA, la technologie est A, Cl vaut 500 fF.
Exercice 20:
Calculer W/L pour avoir M1 et M2 en faible inversion (Ki < 0.1).Exercice 21:
Calculer W/L pour avoir M3 et M4 en forte inversion (Ki > 10').Exercice 22:
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Calculer W/L de M6 et M8 pour avoir un slew rate de 20 V/us.
Exercice 23:
Calculer gain, BW et GBW de l'OTA dimensionn.
Exercice 24:
Calculer la tension minimale de fonctionnement (Vdsat de la source Ip vaut 350 mV).Exercice 25:
Calculer le courant total traversant l'OTA.
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7. Laboratoires
7.1. Paramtres petits et grand signaux du transistor MOS
7.1.1. Objectif de l'exprienceL'objectif de cette exprience est de comprendre la signification des paramtres petits et grands signaux du transistor MOS.
7.1.2. Droulement de l'exprience
On mesure ID(VDS, VG, VS) d'un transistor MOS n et d'un transistor MOS p. On en extraiera ensuite les paramtres grands signaux (VT, ) et petits signaux (gm, gms et go). La mesure sera faite pour VDS =[0, 8] V par pas de 0.25 V, VG =[0, 8] V par pas de 0.5 V et VS =[0, 2] V par pas de 0.5 V.
On commence par dessiner le schma du circuit de mesure et prparer les tableaux et graphes ncessaires. On monte (et on vrifie) le circuit de mesure. Ensuite on effectue les mesures qu'on reporte au fur et mesure sur les tableaux.
7.2. Contruction et mesure de buffers
7.2.1. Objectif de l'exprienceL'objectif de cette exprience est de comprendre le fonctionnement et les limitations des buffers.
7.2.2. Droulement de l'exprience
Toute l'exprience va se drouler avec une tension d'alimentation de 5 V. Le courant d'alimentation du buffer sera vari pour le faire passer de faible en forte inversion.
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Vin Vout
Figure: Inverseur
Vin VoutIbias
Figure: Inverseur suivi d'un buffer avec caisson au substrat
Vin VoutIbias
Figure: Inverseur suivi d'un buffer avec caisson la source
On commence par monter et caractriser en frquence un inverseur CMOS travaillant en petits signaux autour de son point de gain maximal. Ensuite on
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fait suivre l'inverseur d'un buffer avec caisson l'alimentations minimale et on refait la caractrisation. Enfin on fait suivre l'inverseur d'un buffer avec caisson la source et on refait la caractrisation.
7.3. Construction et mesure d'OTAs simples
7.3.1. Objectif de l'exprienceL'objectif de cette exprience est de comprendre le fonctionnement et les limitations des OTAs.
7.3.2. Droulement de l'exprience
Toute l'exprience va se drouler avec une tension d'alimentation nominale de 5 V, l'exception du test de la rjection des tensions d'alimentation. Le courant d'alimentation de l'OTA sera vari pour faire passer la paire diffrentielle de faible en forte inversion.
vi+ vi-vo
Ip
Figure: L'OTA simple
On commence par monter et caractriser en frquence l'OTA simple travaillant en petits signaux autour de son point de gain maximal avec une tension de mode commun de 3V, on observera en particulier le gain, la bande passante et le produit gain * bande passante en fonction du courant de polarisation. On mesurera galement le slew rate positif et ngatif ainsi que les rjections d'alimentation et de mode commun. Ensuite on fait varier la tension de mode commun de 1V 5.5 V et on refait les caractrisations en gain et bande passante.
On refait la mme exprience avec un OTA cascod (cascodes en srie ou replies).
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7.4. Construction et mesure d'un oscillateur
7.4.1. Objectif de l'exprienceL'objectif de cette exprience est de comprendre le fonctionnement d'un oscillateur.
7.4.2. Droulement de l'exprience
Toute l'exprience va se drouler avec une tension d'alimentation de 5 V.
R
S
V+
V-
Figure: Oscillateur raliser
L'oscillateur sera ralis en plusieurs tapes. On commence par raliser la logique de contrle qu'on teste. Ensuite on ralise l'intgrateur command. Enfin on assemble le tout. On vise une frquence de travail de 1 kHz.
On essaye ensuite, en variant la capacit et la rsistance, d'obtenir les frquences d'oscillation les plus leves et faibles possibles.
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8. Tables
8.1. Constantes
Constantes physiques:
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Constante Unit0 8.85 10-12 F/mk 1.38 10-23 J/K
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q 1.602 10-19 C
Constantes du silicium 300 K:Constante Unit (SiO2) 3.9
8.2. FormulaireTransistor MOS canal n VDS >
VG VTn
, VG > VT
ID =2n
VG VT nVS( )2
VDS VT
ID =2n
VG VT nVS( )VDSVDS > 4UT , VG < VT
ID = Isat eVGV T
nUTe
VSUT
Transistor MOS canal p VDS >
VG VTn
, VG > VT
ID =2n
VG VT +nVS( )2
VDS VT
ID =2n
VG VT +nVS( ) VDS( )VDS > 4UT , VG < VT
ID = Isat eVGV T
nUT e
VSUT
Transistor bipolaire npn IC = IS e
VBEV T
Transistor bipolaire pnp
IC = IS eVBE
VT
Tableau: Comportement des transistors
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Dispositif Formule RemarquesMOS: UT =
kTq
26 mV 300 K
Cox = oTox
Ki =ID
IsatIsat = 2n UT2o = Cox = Cox WLn = 1+ CDCox
CD dpend de VS. On prend souvent n=1.5 comme rgle de conception.
bipolaire: VT =kTq
26 mV 300 K
Tableau: Paramtres grands signaux
MOS faible inversion
MOS forte inversion
MOS linaire bipolaire linaire
gm ,gb=
IDnUT
=
IDnUT Ki
=
VDSn
=
ICVT
gms ,ge=
IDUT
=
IDUT Ki
= VDS=
ICVT
go=
IDVEARLY
=
IDVEARLY
= VGS VT( )=
ICVEARLY
Tableau: Paramtres petits signaux
8.3. Les grandeurs et leurs symboles
Grandeur Nom Symbol RemarqueDistance mtre mTension volt VCourant ampre APuissance watt WCapacit farad F
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Rsistance ohm utiliser Ohm si pose problme
Inductance/Self henry HConductance siemens S
Prfixes Nom Symbol Remarque
1012 tera T (rare)
109 giga G
106 mga M on utilise parfois MEG (ancien)103 kilo k
10-3 milli m
10-6 micro utiliser u si pose problme
10-9 nano n
10-12 pico p
10-15 femto f
10-18 ato a (rare)
Exemples
12 pF = 12 picofarad = 12.10-12 farad
102 A = 102 uA = 102 microampre = 102.10-6 ampre
3.4 G = 3.4 GOhm = 3.4 gigaohm = 3.4 .106 ohm
Anglais
En anglais, tera, giga et mga scrivent Tera, Giga et Mega.
Les grandeurs drives dun nom propre prennent une majuscule (Volt, Ampere, Watt, Farad, Ohm, Henry et Siemens).
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8.4. Exemples de paramtres technologiques
Technologie A:
cours PDF/chevy007 page 69
Paramtre MOS n MOS p UnitVT 0.8 0.7 VTox 40 40 nmmu 70 10-3 25 10-3 m2/VsCox F/m2 = pF/m2beta0 (0) A/V2Lmin 2 2 mWmin 3 3 mCovl 5 5 fF/mIs bipolaire latral 1.2 10-16 AIs bipolaire verti. 1 10-17 Abeta bipolaire 25R(CP) 30 R(DN) 25 R(DP) 100 R(CW) 4 k
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Vearly 5 8 V/m
Technologie B:Paramtre MOS n MOS p UnitVT 0.9 1.2 VTox 30 30 nmmu 90 10-3 30 10-3 m2/VsCox F/m2beta0 A/V2Lmin 0.7 0.7 mWmin 1 1 mCovl 5 5 fF/mR(CP) 25 R(DN) 25 R(DP) 90 R(CW) 3 kVearly 10 15 V/m
Technologie C:Paramtre MOS n MOS p UnitVT 0.7 0.65 VTox 20 20 nmmu 90 10-3 30 10-3 m2/VsCox F/m2beta0 A/V2Lmin 0.35 0.35 mWmin 0.5 0.5 mCovl 5 5 fF/mR(CP) 25 R(DN) 20 R(DP) 150 R(CW) 2 kVearly 10 15 V/m
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9. Plan du cours:
Introductionconventions
Miroirs decourant I
Miroirs decourant II
Paire diff
Elmentsparasites
OTA I TE IOTA II OTA III
Buffers
CorrectionTE I
Sources TE II
Mesurer un MOS, contruire et mesurer un miroir
Construire et mesurer des OTA simples
Construire et mesurer un oscillateur
Construire et mesurer des buffers
CorrectionTE II
Capacitscomm. II
Layoutanal. I
Capacitscomm. I
Lundi
Mardi
Mercredi
Jeudi
VendrediOscillateurs
Figure: Plan du cours
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Table des matires1.Introduction1.1.Le cours1.2.La conception de circuits intgrs1.3.Les paramtres petits signaux
2.Les lments disponibles en technologie CMOS2.1.lments actifs en technologie CMOS2.1.1.Les transistors MOS2.1.2.Dfinitions2.1.3.Equations dfinissant le comportement du transistor MOS.2.1.4.Le transistor bipolaire2.1.5.Dfinitions2.1.6.Equations dcrivant le comportement du transistor bipolaire
2.2.Elements passifs en technologie MOS2.2.1.Les rsistances2.2.2.Les capacits
2.3.Elments parasites
3.Les bases des blocs fonctionnels3.1.Introduction3.2.Miroirs de courant3.2.1.Miroir deux MOS3.2.2.Miroir fournissant plusieurs copies du courant d'entre3.2.3.Miroir amplifiant le courant3.2.4.Miroir rduisant le courant3.2.5.Miroir effectuant l'addition de plusieurs courants3.2.6.Miroir effectuant une soustraction3.2.7.Miroir effectuant une valeur absolue3.2.8.Miroirs deux bipolaires3.2.9.Miroirs bipolaires amliors3.2.10.Miroir BiCMOS
3.3.Paire diffrentielle3.3.1.Principe de la paire diffrentielle3.3.2.Linarisation de la paire diffrentielle
3.4.Charges3.4.1.La rsistance3.4.2.Le MOS connect en diode3.4.3.Le MOS connect en source de courant3.4.4.Le MOS en source de courant cascode3.4.5.Bande passante de la charge
4.Les blocs fonctionnels4.1.Les principaux blocs fonctionnels analogiques4.2.Amplificateurs un tage4.2.1.Amplificateurs entre unique4.2.2.Buffer4.2.3.Amplificateur pseudodiffrentiel4.2.4.Amplificateur diffrentiel
4.3.OTA (Operational Transconductance Amplifier) simple4.4.OTA avec cascodes4.5.Comparateurs4.6.Sources de courant4.7.Sources de tension4.8.Oscillateurs
5.Autres notions fondamentales5.1.Capacits commutes5.2.Circuits BiCMOS5.3.MOS bipolaire5.4.Layout analogiques
6.Exercices6.1.Exercices concernant les lments6.2.Exercices concernant les miroirs de courant6.3.Exercices concernant les paires diffrentielles6.4.Exercices concernant les charges6.5.Exercices concernant les OTAs simples
7.Laboratoires7.1.Paramtres petits et grand signaux du transistor MOS7.1.1.Objectif de l'exprience7.1.2.Droulement de l'exprience
7.2.Contruction et mesure de buffers7.2.1.Objectif de l'exprience7.2.2.Droulement de l'exprience
7.3.Construction et mesure d'OTAs simples7.3.1.Objectif de l'exprience7.3.2.Droulement de l'exprience
7.4.Construction et mesure d'un oscillateur7.4.1.Objectif de l'exprience7.4.2.Droulement de l'exprience
8.Tables8.1.Constantes8.2.Formulaire8.3.Les grandeurs et leurs symboles8.4.Exemples de paramtres technologiques
9.Plan du cours: