Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thermal stability of SiC MOS transistors

Stepowicz W. J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 3

21-23

PL

Węglik krzemu (SiC) jest obecnie intensywnie badanym materiałem półprzewodnikowym przeznaczonym do wytwarzania elementów pracujących w wysokich temperaturach, w zakresie dużych częstotliwości oraz dużych mocy. Na rynku są już dostępne takie elementy z tego półprzewodnika jak diody Schottky'ego, diody pin, tranzystory bipolarne, tranzystory MESFET oraz MOSFET. Ograniczenia zakresu bezpiecznej pracy tranzystorów MOS z SiC mają, między innymi, charakter termiczny wynikający z termicznej stabilności tych elementów.

EN

Silicon carbide (SiC) is currently tested and used as a semiconductor destined to design devices operating in high temperature, high power and high frequency regions. Nowadays some SiC devices are available on the market; there are, for example, Schottky and pin diodes. BJTs, MESFETs and recently MOSFET transistors as well. Some limitations of the safe operation area of SiC devices are discussed, and among them the thermal limitation resulting from thermal stability should be taken into account.

2

Wpływ modelu tranzystora MOS na charakterystyki przetwornicy BOOST w stanie ustalonym

Górecki K., Zarębski J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2010

|

R. 86, nr 11a

141-145

PL

W pracy porównano charakterystyki przetwornicy BOOST w stanie ustalonym uzyskane przy wykorzystaniu modeli tranzystora MOS o różnym poziomie złożoności. Rozważano zależności napięcia wyjściowego, sprawności energetycznej oraz temperatury wnętrza tranzystora od współczynnika wypełnienia sygnału sterującego, rezystancji obciążenia oraz częstotliwości sygnału sterującego. Poprawność wyników obliczeń zweryfikowano doświadczalnie. Porównano również czasy trwania obliczeń uzyskanych przy wykorzystaniu rozważanych modeli.

EN

In the paper boost converter characteristics at the steady state obtained with the use of MOSFET models of various complexity and accuracy are compared. The analyses were performed by SPICE. The dependencies of the converter output voltage, the watt-hour efficiency and the MOSFET inner temperature on the frequency and the pulse-duty factor of the MOSFET control signal as well as the load resistance are considered. The correctness of the calculation results was verified experimentally. The times of the analyses of the converter corresponding to the considered models of the MOS transistor are compared, too.

3

Modelowanie tranzystorów SiC-MOS

Zarębski J., Bisewski D.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 7

177-180

PL

Praca dotyczy problematyki modelowania tranzystor ów MOS wykonanych z węglika krzemu (SiC). Wykorzystując literaturowy model omawianego tranzystora przeprowadzono obliczenia wybranych charakterystyk statycznych i zależności pojemności występujących w badanym tranzystorze od napięć zaciskowych, które porównano z wynikami pomiarów dwóch wybranych typów tranzystorów SiC-MOS. Ponadto zbadano wpływ temperatury na charakterystyki tych tranzystorów.

EN

The paper deals with a problem of modelling of MOS transistors made of silicon carbide (SiC). DC characteristics and dependences of transistor capacitances versus voltages calculated using a literature model have been compared with results of measurements of two chosen SiC-MOS transistors. Influence of the temperature on the investigated devices characteristics has been examined.

4

Modele i makromodele tranzystorów MOS mocy dla programu SPICE

Zarębski J., Bisewski D.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 6

96-100

PL

Praca dotyczy problematyki modelowania tranzystorów MOS mocy. Przedstawiono i omówiono wybrane modele i makromodele rozważanego elementu, sformułowane dla programu SPICE. Na przykładzie arbitralnie wybranego tranzystora MOS mocy dokonano oceny dokładności rozważanych w pracy modeli i makromodeli.

EN

The paper deals with a problem of modelling of power MOS transistors. Construction of models and macromodels of considered transistors formulated for SPICE have been presented and discussed. Estimation of accuracy of the models and macromodels of arbitrarily chosen power MOS transistors has been performed.

5

Hybrid evolutionary algorithm in MOSFET parameter extraction

Arabas J., Szostak S.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2008

|

z. 165

33-41

EN

In this paper we report an on going research on applying evolutionary computation to the identification of technological parameters of MOS transistors (MOSFETs) using the current-voltage measurements. The identification consists in approximating the observed values of the current with the values generated by the transistor model. Values of parameters for which the smallest approximation error is observed are assumed to be the best estimations to the real values. The model is nonlinear and nondifferentiable, and the error function takes multiple local minima with respect to the parameter values. We apply a combination of an evolutionary algorithm together with the Nelder-Mead method to minimize the error function and we experimentally investigate the effectiveness of the proposed approach.

6

Analiza stałoprądowa układów zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem

Tadeusiewicz M., Hałgas S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2004

|

Vol. 45, nr 11

30-33

PL

Rozpatrywane są fundamentalne problemy analizy i projektowania układów elektronicznych o wielu rozwiązaniach DC, zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem. Problemy te dotyczą wyznaczania wszystkich rozwiązań DC oraz charakterystyk typu wejście-wyjście. Opracowano dwuetapową procedurę, polegającą na wstępnym wyznaczeniu rozwiązań z wykorzystaniem "the n-th power law model" tranzystorów MOS oraz algorytmu sukcesywnego zawężania, podziału i eliminacji, a następnie uściśleniu tych rozwiązań, stosując kontrolowaną symulację programem SPICE z użyciem modelu BSIM.

EN

Circuits containing short-channel MOS transistors, having multiple DC solutions, are analyzed in this paper. The basic question how to find efficiently all the DC solutions and input-output characteristics are considered. A two-part procedure is described for computing all the DC solutions. This procedure exploits the n-th power law model of MOS transistors and the algorithm of successive contraction, division and elimination to find preliminary solutions, and next the BSIM model to correct them using controlled SPICE simulations.

7

Short-channel MOS transistor circuits: finding all the DC solutions and input-output characteristics

Tadeusiewicz M., Hałgas S.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2003

|

Vol. 49, z. 4

515-538

EN

Circuits containing short-channel MOS transistors, having multiple DC solutions, are analyzed in this paper. The n-th power law model (Level 6, SPICE) of short-channel MOS transistors is investigated and some of its properties are proved. Two basic questions in the DC analysis and design of the circuits are considered. For the circuits with transistors represented by the n-th power law model, the earlier developed method exploiting the idea of contraction, division and elimination is extended, enabling us to find all the DC solutions. Next, each of the solutions is corrected in succession by means of a controlled SPICE simulation using more accurate BSIM 3v3 model. This two part algorithm for finding all the DC solutions is illustrated via a numerical example. The comparison with other alternative methods, tested on a set of representative circuits, shows that the proposed approach is much more effective, and enables us to analyze larger circuits than the other methods. Another question considered in the paper is how to determine effectively multi-valued input-output characteristics is the circuits containing short-channel MOS transistors. An approach for finding the characteristics is developed and illustrated using a numerical example.

PL

W pracy rozpatrywane są obwody, zawierające tranzystory MOS z krótkim kanałem, o wielu punktach równowagi (rozwiązaniach DC), np. przerzutniki, sieci neuronowe i układy logiczne. Analiza układów jest trudna i czasochłonna a niektóre fundamentalne problemy w tej dziedzinie pozostają nadal otwarte. Należy do nich obliczanie wszystkich rozwiązań DC oraz wyznaczanie wielowartościowych charakterystyk typu wejście-wyjście. Ta właśnie problematyka jest celem badań artykułu. Obliczaniu wszystkich rozwiązań DC poświęcono w ostatniej dekadzie wiele prac, a temat ten pozostaje stale obecny w światowej literaturze i na konferencjach międzynarodowych. Wynika to stąd, że stopień skomplikowania obliczeń, a zatem czas analizy, gwałtownie wzrasta w miarę powiększania rozmiarów obwodów (liczby tranzystorów). Mimo stosowania różnych uproszczeń, np. aproksymowania oryginalnych funkcji nieliniowych za pomocą funkcji odcinkowo - liniowych, nawet najbardziej efektywne metody pozwalają obliczać jedynie dość proste układy. W przypadku obwodów zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem, reprezentowanych za pomocą złożonych modeli o skomplikowanym opisie matematycznym, stopień trudności ulega istotnemu powiększeniu. Podstawowym modelem tranzystora MOS z krótkim kanałem, stosowanym w artykule jest "the n-th power law model", zaimplementowany w programie SPICE (level 6). Zbadano pewne właściwości tego modelu (rozdział 2, lematy 1 i 2) oraz użyto go do wstępnego wyznaczania wszystkich rozwiązań DC. W tym celu dokonano hybrydowego opisu obwodu (rozdział 3) oraz zastosowano metodę sukcesywnego zawężania, podziału i eliminacji, wcześniej używaną do obliczania obwodów o znacznie prostszym opisie matematycznym. Opracowano podstawy teoretyczne (rozdział 4, lematy 3 i 4) prowadzące do skutecznej procedury zawężania i eliminacji pewnych obszarów nie zawierających rozwiązań dostosowanej do rozpatrywanych obwodów. Na tej podstawie sformułowano algorytm, który przy założeniu, że utożsamia się rozwiązania (napięcia GS i DS tranzystorów MOS) różniące się mniej niż o 0.001 V, gwarantuje znalezienie wszystkich rozwiązań DC. W celu uściślenia tych rozwiązań przeprowadza się następnie, kolejno dla każdego z nich, kontrolowaną symulację za pomocą programu SPICE, z wykorzystaniem zaimplementowanego w nim (level 8) bardzo złożonego i dokładniejszego modelu BSIM 3v3. W powyższych symulacjach każdorazowo startuje się z obliczonego wcześniej wstępnego rozwiązania. Liczne eksperymenty numeryczne pokazały, że uzyskane za pomocą opracowanej metody rozwiązania wstępne są bardzo zbliżone do rozwiązań skorygowanych a czas potrzebny na uściślanie jest bardzo krótki i pomijalny w stosunku do czasu zasadniczej analizy. Należy dodać, że proces obliczeniowy musi zostać poprzedzony dokonaniem ekstrakcji parametrów "the n-th power law model" na podstawie charakterystyk modelu BSIM dla danej technologii (długości kanału). Zaproponowano dwuetapowy algorytm obejmujący wyznaczanie rozwiązań wstępnych przy wykorzystaniu "the n-th power law model" oraz uściślaniu tych rozwiązań za pomocą programu SPICE i zaimplementowanym w nim modelu BSIM przetestowano na licznym zbiorze praktycznych układów zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem oraz porównano z alternatywnymi metodami. Na tej podstawie stwierdzono, że jest on bardziej efektywny i pozwala skutecznie analizować układy o większych rozmiarach. W rozdziale 4 przytoczono przykład układu symulującego komórkę sieci neuronowej, złożonego z 14 tranzystorów MOS z kanałem 0.35um. Rozdział 5 dotyczy wyznaczania charakterystyk typu wejście-wyjście w obwodach, zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem, o wielu rozwiązaniach DC. Takie charakterystyki mogą być wielowartościowe a nawet wielogałęziowe. Można tu zastosować, krok po kroku, metodę wyznaczania wszystkich rozwiązań DC, omówioną w rozdziale 4. Wymaga to jednak wykonania setek złożonych analiz, co sprawia, że tego typu podejście jest zupełnie nieefektywne. W artykule zaproponowano metodę opartą na znanej z matematyki idei odpowiedniej zamiany zmiennych zależnych i niezależnych w punktach, w których wyznacznik macierzy Jacobiego staje się równy zeru. Metodę omówiono dla wielowartościowych charakterystyk jednogałęziowych. Można ją uogólnić na przypadek charakterystyk wielogałęziowych jeżeli znajdzie się wstępnie co najmniej jeden punkt leżący na każdej z gałęzi. W celu zilustrowania metody podano przykład wyznaczania charakterystyki wejście - wyjście przerzutnika Schmitta zbudowanego z 8 tranzystorów MOS z kanałem 0.35 um. Pokazano również, że symulator SPICE daje nieprawidłową charakterystykę z histerezą, pdczas gdy rzeczywista charakterystyka jest bardziej złożona i nie ma natury histerezowej.

8

An improved algorithm for finding all the DC solutions of MOS transistor circuits

Tadeusiewicz M., Hałgas S.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2003

|

Vol. 49, z. 1

1-17

EN

Nonlinear circuits containing MOS transistors, having multiple DC solutions, are considered in this paper. The transistor are represented by original polynomial-type nonlinearities and no piecewise-linear approximation is used. The algorithm of successive contraction, division and elimination is improved by adding a new key procedure for the elimination of some regions including no solution. Numerical examples show the effectiveness of this algorithm both for finding the solutions and determining multi-valued input-output characteristics.

PL

Przedmiotem analizy są obwody zawierające tranzystory MOS o wielu rozwiązaniach DC. Tranzystory MOS są reprezentowane za pomocą modelu opisanego zależnością (1) występującego w programie SPICE na poziomie 1. Model ten został przekształcony do równoważnej postaci (6), (7), której odpowiada struktura analogiczana do modelu Ebersa-Molla tranzystora bipolarnego. Rozpatrywany jest ważny i aktualny problem wyznaczania wszystkich rozwiązań DC, bez stosowania odcinkowo-liniowej aproksymacji funkcji występujących w opisie tranzystorów. Do obliczeń użyto wcześniej zaproponowany algorytm sukcesywnego zawężania, podziału i eliminacji. Kluczowym ogniwem tego algorytmu jest metoda zawężania pewnych obszarów hiperprostopadłościennych zawierających jedno lub więcej rozwiązań i eliminacja obszarów nie zawierających rozwiązań. Głównym osiągnięciem pracy jest metoda eliminacji oparta na idei programowania liniowego. W dowolnym obszarze hiperprostopadłościennym obwód opisano liniowym równaniem macierzowym (8) zawierającym dodatkowe niewiadome. Równanie to przekształcono następnie do postaci (9). Reprezentuje ono układ równań skalarnych z nadmiarowymi niewiadomymi, który nie może być rozwiązany jednoznacznie. Stosując techniki programowania liniowego możliwe jest natomiast sprawdzenie czy analizowany obszar zawiera rozwiązanie. W tym celu sformułowano zagadnienie programowania liniowego w standardowej postaci (29) oraz zastosowano fazę 1 medoty simplex. W przypadku nieistnienia rozwiązania rozpatrywany obszar zostaje wyeliminowany. W przeciwnym razie stosowana jest metoda sukcesywnego zawężania podziału i eliminacji do momentu otrzymania elementarnego hiperprostopadłościanu o krawędziach dostatecznie małych, który utożsamia się z punktem odpowiadającym rozwiązaniu. Zaimplementowanie tej metody prowadzi do znacznego zwiększenia efektywności algorytmu i skrócenia czasu obliczeń. W rezultacie możliwe stało się wyznaczenie wszystkich rozwiązań DC zamieszczonego w pracy układu pokazanego na rysunku 1 zawierającego 28 tranzystorów MOS. Układ ten jest dwukrotnie większy od układów podawanych w światowej literaturze, dla których można obliczyć wszystkie rozwiązania DC przy użyciu alternatywnych metod. Opracowany algorytm umożliwia również skuteczne wyznaczanie wielowartościowych i wielogałęziowych charakterystyk wejściowych i przejściowych bez zniekształceń histerezowych wprowadzanych przez program SPICE. Zilustrowano to na przykładzie przerzutnika Schmitta pokazanego na rys. 2 o charakterystyce przejściowej z rys. 3. Łącznie w pracy zamieszczono trzy przykłady praktycznych układów zawierających tranzystory MOS, o wielu rozwiązaniach DC ilustrujące zaproponowany algorytm.

9

Finding all the DC solutions of MOS transistor circuits described by original nonlinear equations

Tadeusiewicz M., Hałgas S.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2000

|

Vol. 46, nr 3

281-297

EN

A broad class of nonlinear electronic circuits, containing MOS transistors, having multiple operaring points, is considered in the paper. The transistors are represented by a model which is built up in Level 1 of SPICE and is transformed to an equivalent Ebers - Moll type form. The nonlinearities of this model are polynomial type and no piecewise - linear approximation is used. An idea of successive contraction, division and elimination is applied and new contraction procedure is developed. The results are correct to at least three decimal places. Numerical examples of circuits encountered in practice, including a CNN "full range" cell containing 16 MOS transistors, are given. They show effectiveness of this approach.

PL

Obszerna klasa obwodów dynamicznych zawierających tranzystory MOS charakteryzuje się tym, że poszczególne obwody mają wiele punktów równowagi, np. przerzutniki, sieci neuronowe, układy logiczne. Te punkty równowagi są rozwiązaniami modelu DC otrzymanego w wyniku zwarcia cewek i usunięcia kondensatorów. Stąd wynika waęny i aktualny problem wyznaczania wszystkich wymienionych wyżej rozwiązań a następnie identyfikacji tych spośród nich, które są stabilnymi punktami równowagi. W pracy przedstawiono efektywny algorytm obliczania wszystkich rozwiązań obwodów DC, w których tranzystory MOS są reprezentowane za pomocą modelu występującego w programie SPICE na poziomie 1. Wspomniany model został przekształcony do postaci równoważnej o konfiguracji typu Ebersa - Molla. Występujące w modelu nieliniowości są wielomianami. W opisie obwodu nie użyto żadnych, rozpowszechnionych w omawianych zagadnieniach, aproksymacji odcinkowo - liniowych zachowując oryginalne funkcje nieliniowe. Do obliczania wszystkich rozwiązań zastosowano algorytm kolejnych zawężeń, podziału i eleminacji, którego kluczowym ogniwem jest metoda zawężania. Opracowano nową, bardzo skuteczną metodę zawężania i dokonano jej implementacji. Przy założeniu, że utożsamia się rozwiązania (napięcia GS i GD tranzystorów MOS) różniące się mniej niż -310 V algorytm gwarantuje wyznaczenie wszystkich rozwiązań. Przeprowadzone eksperymenty numeryczne obejmujące praktyczne układy MOS potwierdziły efektywność zaproponowanego algorytmu. W pracy przytoczono dwa przykłady obliczeniowe, w tym model komórki sieci neuronowej zawierający 16 tranzystorów MOS.