Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Szybka metoda wyznaczania wielowymiarowościowych charakterystyk w układach nieliniowych

Tadeusiewicz M., Hałgas S.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 12

33-35

PL

W pracy zaprezentowano szybką metodę wyznaczania charakterystyk typu wejście-wyjście oraz charakterystyk parametrycznych w nieliniowych obwodach rezystancyjnych. Metoda oparta jest na koncepcji tworzenia rodzin pewnych jednowartościowych charakterystyk, zwanych charakterystykami testowymi. Czas ich wyznaczania jest na ogół bardzo krótki, co czyni metodę szybką. i efektywną. W rezultacie możliwe jest rozpatrywanie znacznie bardziej złożonych układów niż pozwalają na to metody klasyczne. Porównanie z wynikami dostarczonymi przez symulator SPICE wskazuje, że istnieje wiele przykładów, gdzie proponowana metoda daje prawidłowe charakterystyki, podczas gdy symulator SPICE pomija niektóre gałęzie tych charakterystyk lub błędnie pokazuje ich histerezową. naturę. W celu zilustrowania metody zamieszczono przyktad liczbowy.

EN

The paper offers a method for tracing multi-valued, input-output and parametric characteristics in nonlinear resistive circuits. The main idea of the method is creating of a family of some single-valued characteristics, called the test characteristics. Each of them gives certain points of the traced multi-valued characteristic. Since the time of finding the family of the test characteristics is considerably shorter than the time consumed by the known methods, leading to the multi-valued characteristic, the approach is efficient. As a result larger-sized circuits can be considered. Comparison with the results provided by DC Sweep analysis of SPICE shows that there are many examples, where the proposed method gives correct characteristics, whereas the SPICE simulator loses some branches or exhibits their apparent hysterestic nature. A numerical example illustrates the proposed approach.

2

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.

3

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.