Analog tümdevre analizine uygun yeni bir MOSFET modeli

Abstract

Bu çalışmada, günümüzde önemi sürekli artan MOS tranzistor için analog tümdevre analizine uygun bir doğru akım modeli geliştirilmiştir. Bu yapılırken, analog tümdevre analizinde kullanılacak bir aktif eleman modelinin, o elemanın akım-gerilim değişimleri yanında iletkenlik-gerilim değişimlerinin gösterdiği non-lineer özellikleri de yeterli bir biçimde temsil edebilmesinin zorunlu olduğu gözönünde tutulmuştur. Burada, özellikle Id-Vds ve gds-VDs değişiminin düzgün bir biçimde modellenmesi amaçlanmış, bunun ipin de, bu değişimlerdeki non-lineerliğin en önemli etkeni olan kanal boyu modülasyonunun iyi bir biçimde modellenmesine öncelik verilmiştir. Oluşturulan model yardımıyla, NMOS ve PMOS transistorlar için elde edilen akım ve iletkenlik değişimleri, ölçüm yoluyla belirlenen değişimlerle karşılaştırılmış ve uyumlu oldukları gözlenmiştir. Ayrıca, yeni model yardımıyla CMOS kuvvetlendirici için distorsiyon analizi yapılmış ve sonuçların pratikteki sonuçlarla benzeştiği görülmüştür. Böylece, geliştirilen modelin analog devre analizine uygun olduğu kanıtlanmıştır. SPICE MOS modellerinin ise, özellikle iletkenlik değişimleri ve distorsiyon konusunda yetersiz olduğu gösterilmiş, yeni modelin bağıntılarının karmaşıklığının ve parametre sayısının az olmasının onu analog tümdevre analizinde SPICE MOS modellerinin bir alternatifi.-, durumuna getirdiği vurgulanmıştır.

A New MOSFET Model Suitable For Analog IC Analysis The importance of analog MOS integrated circuits has been increasing rapidly for the last decade, owing to the great developments in VLSI (Very Large Scale Integration) technologies and the non-stop demand for analog functional MOS blocks for use in complete-systems where digital and analog circuits lie in the same chip. Due to the improvements in lithographic techniques, MOS device dimensions is running below micrometer-lengths, enabling more transistors to be placed into the same ship, but in turn, giving rise to many undesired effects in the device operation. As a result of these developments, demands for adequate modelling of MOS transistors has increased a lot. An adequate device model for use in analog circuit analysis should be able to represent the non-linear electrical behaviour of the device; especially the conductance-voltage characteristics as well as the current-voltage ones. This is very important particularly when the non-linearity measure of a circuit's transfer function is considered. A very common situation where non-linearities are to be considered with acceptably little err or s is the harmonic distortion analysis. A true distortion analysis can be held only when the model utilized is adequate for representing the non linear behaviour of the active devices used in. the circuit, since the harmonic distortion depends directly on the non-linear nature of the devices* electrical characteristics. Here, we can derive an important result such that; the efficiency of a device model for analog circuit analysis can be measured by the truth of distortion analysis results obtained using that model, as well as by comparing the I-V and g-V (g: conductance) relations obtained from the model and experiment. In this work, a static MOS model has been developed by utilising the ideas introduced above. Because of the importance in analog IC analysis -especially in distortion analysis-, special care has been shown to model the Id-Vds and gds-Vos characteristics of thedevice. Precedence has been given to representation of channel length modulation, the most important non- linearity effect in the "saturation region", where almost every MOS transistor taking part in an analog circuit operates in. Modelling channel most difficult jobs in m order to represent this El-Mansy and Boothroyd three-dimensional analys which is a good device closed-form formulae. C solved by using numerica too complex for use circuits. length modu odelling th effect tru did[31], is of the d model but losed-f orm 1 analysis in computer lation is one of the e MOS transistor. In ely, one should, like utilize the two or evice, the result of -unfortunately- with equations can only be methods and thus are simulation of the Here, we adopted the model of El-Mansy and Boothroyd, with the closed-form equations converted to explicit equations by some simplifications. In their simplified forms, the equations have proven to be efficient enough for modelling the channel length modulation due to the changes in Vds when the device is operating in saturation.