Analysis of CMOS circuits having multiple DC operating points

• Autorzy: Hałgas, M. , Tadeusiewicz, M.

Warianty tytułu

PL

Analiza układów CMOS o wielu rozwiązaniach DC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is devoted to the analysis of the circuits containing short-channel MOS transistors, having multiple DC solutions (operating points). The transistors are characterized by the PSP model, the most advanced surface-potential-based compact MOSFET model, selected (since December 2005) as standard for the new generation of integrated circuits. This paper offers an algorithm enabling us to find multiple DC solutions and trace multivalued input-output characteristics of integrated circuits using the latest PSP 103.1.1 MOSFET model. The main idea of the algorithm is based on a single-valued driving point characteristic, called a test characteristic and the section-wise piecewise-linear approximations. The approach proposed in this paper is illustrated via a numerical example.

PL

Praca dotyczy analizy układów zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem, mających wiele rozwiązań DC. Tranzystory są opisane za pomocą modelu PSP, najbardziej zaawansowanego, opartego na koncepcji potencjału powierzchniowego modelu MOSFET, uznanego w 2005 roku za standardowy w zastosowaniu do nowej generacji układów scalonych. W pracy zaproponowano algorytm obliczania wielokrotnych rozwiązań DC oraz wyznaczania wielowartościowych charakterystyk typu wejście-wyjście układów scalonych, z użyciem najnowszej wersji PSP 103.1.1 modelu MOSFET. W algorytmie wykorzystano pewne jedno-wartościowe charakterystyki wejściowe, zwane charakterystykami testowymi oraz uogólnioną odcinkowo-liniową aproksymację. Dla ilustracji podano przykład liczbowy.

Słowa kluczowe

PL

analiza stałoprądowa; charakterystyki przejściowe; rozwiązania wielokrotne; układy CMOS

EN

CMOS circuits; DC analysis; multiple solutions; transfer characteristics

• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 87, nr 5
• Strony: 40-42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Hałgas, M.

autor

Tadeusiewicz, M.

• Faculty of Electrical, Electronic, Computer and Control Engineering, Technical University of Lodz,

Bibliografia

• [1] Chua L.O., Lin P.M., Computer-aided analysis of electronic circuits, Algorithms and computational techniques, Prentice-Hall, Inc., 1975
• [2] Tadeusiewicz M., „A method for finding bounds on the location of all the solutions of DC piecewise-linear circuits”, Int. J. of Cir. Theor. Appl., 18, (1990), 165-174
• [3] Tadeusiewicz M., „A method for finding bounds on all the DC solutions of transistor circuits”, IEEE Trans. on Cir. And Syst., 39, (1992), 557-564
• [4] Tadeusiewicz M., Głowienka K., „A contraction algorithm for finding all the DC solutions of piecewise-linear circuits”, Journal on Cir. Sys. and Comp., 4, (1994), 319-336
• [5] Pastore S., Premol i A., „Finding all DC solutions of nonlinear resistive circuits by exploring both polyhedral and rectangular circuits”, IEE: Procedings, Circuits, Devices and Systems, 144, (1997), No. 9, 1721
• [6] Tadeusiewicz M., „DC analysis of circuits with idealized diodes considering reverse bias breakdown phenomenon”, IEEE Trans. on Cir. and Syst., 44, (1997), 312-326
• [7] Yamamura K., Kameko R., „Finding all solutions of piecewise-linear circuits using simplex method”, IEEE Trans. on Cir. and Syst. – I, 50, (2003) 160-165
• [8] Tadeusiewicz M., Hałgas S., „A method for the analysis of transistor circuits having multiple DC solutions”, Int. J. Electron. Commun. (AEU), 60, (2006), No. 8, 582-589
• [9] Pastore S., „Fast and efficient search for all DC solutions of PWL circuits by means of oversized polyhedra”, IEEE Trans. on Cir. and Syst. – I, 58, (2009), 2270-2279
• [10] Kolev L.V., Mladenov V.M., „An interval method for finding all operating points of nonlinear resistive circuits”, Int. J. Cir. Theory App. 18, (1990), 257-267
• [11] Ushida A., Yamagami Y., N ishio Y., Kinoichi I., Inoue Y., „An efficient algorithm for finding multiple DC solutions based on the SPICE-oreinted Newton homotopy method”, IEEE Trans. Comput.-Aided Design Integr. Cir. Sig. Process., 21, (2002), No. 3, 337-348
• [12] Yamamura K., Igarashi N., „An interval algorithm for finding all solutions of non-linear resistive circuits”, Int. J. Cir. Theor. Appl., 32, (2004), 47-55
• [13] Gajani G.S., Brambi l la A., Premol i A., „Numerical determination of possible multiple DC solutions of nonlinear circuits”, IEEE Trans. on Cir. and Syst.-I, 55, (2008), 1074-1083
• [14] Tadeusiewicz M., Hałgas S., „Improved algorithm for computing all the DC operating points of diode-transistor circuits”, The Europ. Conf. on Cir. Theory and Des., CD-ROM, (2009), 489-492
• [15] Ogorzałek M.J., “Multivalued characteristics in electronic circuits: a unifying approach”, IEEE Trans. Circuits Syst. II, 47, (2000), 726-735
• [16] Tadeusiewicz M., Hałgas S., “Computing multivalued input-output characteristics in the circuits containing bipolar transistors”, IEEE Trans. on Cir. and Syst. –I, 51, (2004), No. 9, 1859-1867
• [17] Tadeusiewicz M., Hałgas S., „Analiza układów nieliniowych o wielu rozwiązaniach DC”, Przegląd Elektrotechniczny, 85, (2009), No. 11, 149-152
• [18] Gildenblat G. et al., “PSP: An Advanced Surface-Potential-Based MOSFET Model for Circuit Simulation”, IEEE Trans. Electron Devices, 53, (2006), No. 9, 1979-1993
• [19] http://pspmodel.asu.edu/
• [20] Chua L.O., Kang S.M., „Section-wise piecewise-linear functions: Canonical representation, properties, and applications”, Proc. IEEE , 65, (1977), 915-929
• [21] Kim D., Kih J., Kim W., „A new waveform-reshaping circuit: an alternative approach to Schmitt trigger”, IEEE J. Solid-State Cir., 28, (1993), No. 2, 162-164
• [22] Hałgas S., Tadeusiewicz M., „Analysis of CMOS circuits having multiple DC operating points”, Proc. 2010 Int. Workshop CPEE 2010, (2010), 4 pages (CDROM)