sistemas de comunicaciones

3. El Moldelado MOS
En este capítulo se presenta el modelado de transistores CMOS. Las características estáticas de canal n y canal p. Los Dispositivos MOS se muestran, con detalles de la corriente máxima y su relación con el tamaño, la tensión de umbral y diversos efectos de segundo orden. Se introducen tres generaciones de modelos de dispositivos MOS. En primer lugar, el modelo original MOS 1se presenta, como se propuso en las primeras versiones del simulador SPICE desarrollado por la Universidad de Berkeley, California. Demostramos las inexactitudes de este modelo. En segundo lugar, se introduce el modelo semi-empírico 3, que todavía está en uso para la simulación de dispositivos MOS con una longitud de canal superior a 1 mm. En tercer lugar, se presenta una versión simplificada delos modelos BSMI4, desarrollado por la Universidad de Berkeley para dispositivos MOS con canal de longitudes de hasta 90 nm.
Detalles de los parámetros del modelo se proporcionan para todos los modelos. A continuación se presentan los efectos de la temperatura sobre las actuaciones MOS. Por último, se introducen los tres MOS diferentes que se pueden encontrar en 0,12 mm: baja tensión de umbral,de alta velocidad y alta tensión.
3.1. Introduccion al modelamiento.
El modelamiento del un dispositivo MOS consiste en escribir un conjunto de ecuaciones que relacionan tensiones y corrientes, con el fin de simular y predecir el comportamiento de un único dispositivo [Shockley] y en consecuencia el comportamiento de
un circuito completo. Un considerable esfuerzo de investigación y desarrollose ha dedicado en los últimos años para el modelado de dispositivos MOS de una manera precisa. Muchos libros se han publicado en los últimos años acerca de la física de los semiconductores y el modelado de dispositivos semiconductores. Las referencias más comunes son [Tsividis], [Sze], [Lee] y recientemente [Liu]. Para los dispositivos MOS, uno de los objetivos clave del modelo es evaluar lacorriente Ids que fluye entre el drenaje y la fuente, en función de las tensiones de alimentación Vd, VG, VS y Vb.
A partir de la ecuación 3.1, podemos representar la variación de la corriente Ids frente a las tensiones de tres maneras diferentes, como se ilustra en la Figura 3.1. Los gráficos se llaman Id / Vd, Id / Vg, y Id (log) / Vg.
En aras de la simplicidad de, consideramos que la tensión Vsestá conectado a tierra. En la curva de Id / Vd, la corriente Ids se traza para variar tensión de puerta Vgs, de 0 a VDD. El parámetro Ion da la corriente máxima disponible, correspondiente a tensiones máximas Vds y Vgs. Ion es un parámetro muy importante para la conmutación de la señal, por ejemplo en compuertas lógicas.

En la curva de Id / Vg, vemos claramente la tensión de umbral. En elcapítulo anterior, observamos los efectos parásitos debido a este umbral. El Diseño analógico está muy relacionado con la predicción precisa de la tensión de umbral. Entonces, la curva de Id (log) / Vg es conveniente para ilustrar la corriente Ids para valores pequeños de la puerta de control. Uno de los parámetros más importantes es la actual Ioff, cuando Vg = 0, que tiene un impacto directo en elconsumo de energía de reserva.

Figura 3. 1 Representaciones utiles de las características deun dispositivo MOS


Un segundo objetivo de los modelos de MOS es estimar el valor de las capacidades parásitas, principalmente Cgs, Cgd y Cgb (Figura 3.2). Esas capacidades varían con las tensiones de Vs, VD, VG y Vb. Aunque no se considera en las simulaciones estáticas Id / Vd y Id / VG, la variaciónde la capacitancia debe ser calculado en cada iteración de la simulación analógica, para facilitar la predicción de la demora de conmutación.



Una larga lista de modelos MOS ha sido desarrollado para los simuladores analógicos. Elegimos implementar en MicroWind tres de ellos: el modelo 1, el modelo 3 y el modelo BSIM4. Los detalles de estos tres modelos y su base física se proporcionan en...