charakterystyki staŁoprĄdowe … · dsp =β p v in −v dd −v tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn...
TRANSCRIPT
![Page 1: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/1.jpg)
CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE INWERTERA CMOS
![Page 2: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/2.jpg)
Charakterystyki statyczne komplementarnych tranzystorów inwertera
Odbicie zwierciadlane „dolnych krzywych” względemosi x.
Punkty wspólne charakterystyk obu tranzystorówwyznaczają charakterystykę input/output
![Page 3: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/3.jpg)
Charakterystyka przejścia inwertera CMOS z zaznaczonymi obszarami pracy
Obszar A - tranzystor typu n jest odcięty (cut off), , tranzystor p jest w obszarze liniowym. Ponieważ , to prąd drenu tranzystoratypu p równa się zero. Lecz dla i mamy:
tnin VV ≤≤0 0=dsnIdspdsn II −=
DDoutdsp VVV −= 0=dspVDDout VV =
![Page 4: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/4.jpg)
Obszar B - , tranzystor p jest w obszarze nienasyconym , podczasgdy tranzystor typu n jest w stanie nasycenia. Prąd nasycenia Idsn tranzy-stora typu n można obliczyć podstawiając
Prąd Idsp może być obliczony, podstawiając
Podstawiając
Otrzymujemy
2/DDintn VVV ≤≤ )0( ≠dsV
ings VV =
[ ]2
2tnin
ndsn
VVI −= β
DDoutds VVV −=
DDings VVV −=
]2
)())([(2
DDoutDDouttpDDinpdsp
VVVVVVVI −−−−−−= β
dsndsp II −=
22 )()2
(2)()( tninp
nDDtp
DDintpintpinout VVVVVVVVVVV −−−−−−+−=
ββ
![Page 5: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/5.jpg)
Obszar C- Oba tranzystory są w stanie nasycenia (źródła prądowe). Prądy nasycenia obu tranzystorów:
Otrzymujemy
Podstawiając
Mamy
2)(2 tpDDin
pdsp VVVI −−−=
β
2)(2 tnin
ndsn VVI −−= β
dsndsp II −=
p
n
p
ntntpDD
in
VVVV
ββ
ββ
+
++=
1
pn ββ = tptn VV −=
2DD
in
VV =
i
![Page 6: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/6.jpg)
Obszar D - Tranzystor typu p jest nasycony, podczas gdy tranzystor typu n pracuje w obszarze liniowym. W tym obszarze mamy:Natężenia prądów obu tranzystorów:
Przy założeniu, że otrzymujemy
tpDDinDD VVVV +<<2/
2)(21
tpDDinpdsp VVVI −−= β
]2
)[(21 2
outouttninndsn
VVVVI −−= β
dsndsp II −=
22 )()()( tpDDinn
ptnintninout VVVVVVVV −−−−−−=
ββ
Obszar E - Tranzystor typu p jest jest odcięty, tranzystor typu n jest w obszarze liniowym.Na wyjściu mamy
0=outV
![Page 7: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/7.jpg)
Streszczenie opisu obszarów charakterystycznych
Obwody równoważne dla obszarów pracy
![Page 8: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/8.jpg)
Wpływ stosunku i na kształt charakterystyk przejścia inwertera p
n
ββ
p
n
ββ
p
n
WW
p
n
WW
Ze wzrostem temperaturymaleje ruchliwość ładunków.
Podobnie zachowuje się prąd
- współczynnik
5.1−= Tβαµ
5.10
−= TII dsds α
α
![Page 9: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/9.jpg)
Definicja marginesu zakłóceń
![Page 10: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/10.jpg)
Marginesy zakłóceń na charakterystyce przejścia inwertera
![Page 11: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/11.jpg)
Tranzystor MOS jako element gromadzący energię potencjalną
![Page 12: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/12.jpg)
Wartości typowych pojemności pasożytniczych
![Page 13: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/13.jpg)
Reguły projektowania
![Page 14: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/14.jpg)
Etapy technologiczne procesu NMOS(maski)
![Page 15: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/15.jpg)
Reguły projektowania typowego procesu NMOS
![Page 16: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/16.jpg)
NOWE MATERIAŁY NOWE TECHNOLOGIE
IEEE Spectrum 5’2002
Nowy tranzystor FET GaN (azotek galu)
Motywacja poszukiwania nowych materiałów i technologii:- W układach krzemowych 90% energii zasilania to straty- Wyższe częstotliwości pracy- Większy współczynnik wzmocnienia MOCY
![Page 17: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/17.jpg)
PORÓWNANIE BUDOWY FET Si - FET GaN
IEEE Spectrum, 5’2002
Tranzystor GaN: Krótka bramka (krótki kanał), Częstotliwość pracy 10-11GHz (dla Si tylko 2-3 GHz), Gęstość mocy 10W/mm długości bramki (dla GaAs tylko 1W/mm dług. bramki), Temperatura pracy 300oC (dla Si tylko 140oC)
![Page 18: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/18.jpg)
IEEE Spectrum, 5’2002
![Page 19: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/19.jpg)
Trochę o pieniądzach
Płytka o średnicy 50 mm azotku galu kosztuje ok. 10 k$
PRAKTYCZNE PRZYKŁADY URZĄDZEŃ ZTRANZYSTORAMI FET GaN
- Radary samochodowe dla uniknięcia kolizji – Daimler-Chrysler (Ulm, Niemcy)- Sprzęt mobilny telekomunikacyjny militarny (radary,komunikacja satelitarna)- Sterowanie instalacja elektryczna w pojazdachhybrydowych spalinowo-elektrycznych- Wzmacniacze mocy w telefonach komórkowych – RFNitro Communications
![Page 20: CHARAKTERYSTYKI STAŁOPRĄDOWE … · dsp =β p V in −V DD −V tp] 2 [( ) 2 1 2 out dsn n in tn out V I =βV −V V](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012923/5b96032409d3f2d7438d1c5c/html5/thumbnails/20.jpg)
IEEE Spectrum, 5’2002
PÓŁPRZEWODNIKOWY CZUJNIK TRÓJKOLOROWY
Każdy piksel czujnika (jak na rysunku) rejestruje wszystkie trzy koloryFotodiody są ukryte pomiędzy poszczególnymi warstwamiZaleta: Jeden piksel rejestruje trzy kolory jednocześnie