Tel: Laboratorio Micro (Ex Aula 3.2) Ricevimento: Giovedì
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1 DEIS University of Bologna Italy Progetto di circuiti analogici L-A Luca De Marchi Tel: Laboratorio Micro (Ex Aula 3.2) Ricevimento: Giovedì
2 DEIS University of Bologna Italy Progetto di circuiti analogici L-A Materiale didattico: www-micro.deis.unibo.it/staff/index.html Testi prove scritte: Masetti =>Progetto Circuiti Analogici L-A PSPICE Graffi=>Circ. El. Analogici LA =>Appunti Libro di testo consigliato: D.A. JOHNS, K. MARTIN ANALOG INTEGRATED CIRCUIT DESIGN ED. WILEY & SONS
3 Valutazione Scritto + prova di progetto facoltativa. Prove intermedie : 06/11 e 22 dicembre, 9-12, Aula 41, media delle due valutazioni, il risultato di ogni prova deve essere > 15. Prove complete: 18 gennaio 2010, ore 9 aula febbraio 2010 da fissare Voto min scritto 18, voto max 28 Progetto ± 3 punti sul voto dello scritto Niente appunti allo scritto
4 Dall analisi circuitale Guadagno? Risposta in frequenza? Potenza?
5 alla progettazione analogica
6 Caratteristiche della progettazione analogica Aspetti geometrici importanti Electrical Design Physical Design Test Design Rari i circuiti puramente analogici, tipicamente circuiti mixed analogici-digitali Analogico è il 20%, digitale l 80% dell area di un chip La progettazione analogica richiede l 80% del tempo totale Iterazioni nella progettazione: 2-3 per i circuiti analogici, 1 per i digitali. (Fonte, Allen ed.2002 )
7 Il flusso di progetto di circuiti analogici integrati
8 Circuiti analogici Segnali continui in ampiezza, continui o discreti nel tempo Progetto a livello di circuito Componenti a valori continui Progettazione full custom Progettazione assistita poco utile Modelli avanzati Blocchi irregolari Il tracciamento delle connessioni è problematico Range dinamico limitatato da tensioni di alimentazione e rumore Circuiti digitali Segnali discreti in ampiezza (2 stati) e nel tempo Progetto a livello di sistema Componenti a valori discreti Progettazione a celle standard Progettazione assistita efficace Modelli temporali Blocchi regolari Connessioni automatiche Range dinamico virtualmente illimitato
9 If it can be done economically by digital, don t use analog. Dove sono usati i circuiti analogici: Conversione digitale-analogica e analogica-digitale, Disk driver, Modem filtri, Bandgap reference, Conversioni DC-DC, Codec, Oscillatori.
10 Il transistore MOS MOS: Metallo Ossido - Semiconduttore Alluminio Polisilicio - Modello statico ai grandi segnali - Modello ai piccoli segnali - Fenomeni reattivi
11 Programma del corso Modelli analitici del transistore MOS. Impiego del simulatore circuitale SPICE. Stadi elementari: a source/drain/gate comune. Specchi di corrente. Stadio amplificatore di tipo cascode. Amplificatore differenziale. I PROVA INTERMEDIA
12 II Parte MOS: effetti reattivi. Analisi in frequenza di alcuni stadi fondamentali. Schemi di base di amplificatori operazionali e generalità sulla compensazione. Schemi di specchi di corrente ed operazionali avanzati
13 Tecnologia CMOS I I Substrato e well sono contattati e tipicamente tenuti ad un potenziale fisso, uguale per tutti i dispositivi di un IC. Deve essere tale da tenere in inversa le giunzioni con le diffusioni di source e drain. La Well fa da substrato per uno dei 2 tipi di dispositivo (in questo caso il PMOS)
14 Dispositivo complementare (PMOS) SiO 2 p+ p+ SiO 2 n-sub PMOS: canale di tipo P. Vgs<Vtp Per formare il canale bisogna applicare una tensione negativa sul gate VTP tensione di soglia del dispositivo PMOS: negativa (ordine di grandezza, in modulo, analogo a quello di VTN).
15 Transistore Pmos: Analogia Fluidodinamica Vtp Vs Vg Vd
16 Transistore in regione lineare Vs Vtp Vd Vg<Vs- Vtp Vs Vd<Vs Vg<Vs- Vtp
17 Transistore in saturazione Vs Vtp Vg Vd=Vg+ Vtp Vs Vtp Vg Vd<Vg+ Vtp
18 NMOS PMOS V GS V TN V SG V TP I D 0 I D 0 V GS V TN, V DS 0, V DS V GS V TN V SG V TP, V SD 0, V SD V SG V TP I D ' n W L 2 V V GS V TN V DS DS 2 I D ' p W L 2 V SD V SG V TP V SD 2 V GS V TN, V DS V GS V TN V SG V TP, V SD V SG V TP I D ' n 2 W L V GS V TN 2 I D ' p 2 W L V SG V TP 2
19 Effetto Body (nmos) V = V + γ ( 2φ + V 2 φ ) th th0 F SB F Effetto Body (pmos) V = V γ ( 2φ + V 2 φ ) th th0 F BS F Modulazione di lunghezza di canale (pmos) β I V V V 2 2 D = ( SG + th) [1 +λ SD ]
20 Trend della tecnologia CMOS
21 Trend della tecnologia CMOS
22 Implicazioni del progresso tecnologico Fattori positivi: geometrie più piccole, minori effetti parassiti, maggiori transconduttanze, bande più elevate. Fattori negativi: tensioni ridotte, minori resistenze (guadagni minori), più non-linearità, deviazione dalle leggi quadratiche. Fattori critici: aumento del rumore di substrato, le tensioni di soglia non scalano come l alimentazione, range dinamico ridotto, modelli efficaci.
23 Tipi di amplificatore
Struttura del condensatore MOS
Struttura del condensatore MOS Primo elettrodo - Gate: realizzato con materiali a bassa resistività come metallo o silicio policristallino Secondo elettrodo - Substrato o Body: semiconduttore di tipo n
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Indice generale. Prefazione. Capitolo 1. Richiami di analisi dei circuiti 1. Capitolo 2. Analisi in frequenza e reti STC 39
Indice generale Prefazione xi Capitolo 1. Richiami di analisi dei circuiti 1 1.1. Bipoli lineari 1 1.1.1. Bipoli lineari passivi 2 1.1.2. Bipoli lineari attivi 5 1.2. Metodi di risoluzione delle reti 6
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