Ανάπτυξη Μοντέλων Λειτουργίας για Βασικές Δομές Νανομετρικών Διαστάσεων
Creators: name: Τζάγκας, Δημήτριος Αντωνίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Μοντέλο
Πύλες
Νανομετρικές
Model
Gate
Nanoscale

description: Ο βασικός στόχος της εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη απλών μαθηματικών μοντέλων για την αποτελεσματική περιγραφή της λειτουργίας διακοπτικών διατάξεων και σύνθετων πυλών αποτελούμενες από τρανζίστορ νανο-διαστάσεων. Σε μια εποχή που η σχεδίαση πολυσύνθετων κυκλωμάτων έχει απλουστευθεί με τα διάφορα εργαλεία σχεδίασης, ο έλεγχος και η προσομοίωση θα πρέπει να γίνονται επίσης εύκολα και γρήγορα. Επίσης, η συνεχόμενη ελάττωση των διαστάσεων των CMOS τρανζίστορ και κατ΄ επέκταση των CMOS κυκλωμάτων δημιουργούν την ανάγκη δημιουργίας νέων μοντέλων μελέτης που θα συμπεριλαμβάνουν και φαινόμενα που οφείλονται σε τόσο μικρές διαστάσεις όπως είναι η διαμόρφωση μήκους καναλιού, το φαινόμενο DIBL και οι παρασιτικές χωρητικότητες που πλέον είναι συγκριτικά μεγάλες. Η εργασία έχει δύο επιμέρους μελέτες. Η πρώτη μελέτη γίνεται για τον διακόπτη MOS που οδηγεί γραμμές μετάδοσης σήματος με αντίσταση R και χωρητικότητα C. Αρχικά, γίνεται μια αναφορά του π-μοντέλου RC και παρουσιάζεται η γενική ιδέα προσέγγισης. Γίνεται αναλυτική μελέτη της συμπεριφοράς του RC δικτυώματος και επιλύονται αναλυτικά οι διαφορικές εξισώσεις για το ρεύμα και την τάση στα διάφορα σημεία του κυκλώματος. Ο διαχωρισμός περιοχών λειτουργίας που γίνεται, ανάλογα με το σήμα εισόδου, είναι απαραίτητος για την επιμέρους ανάλυση. Στο δεύτερο μέρος, παρουσιάζεται ο τρόπος μελέτης σύνθετων πυλών με παράλληλα και σειριακά συνδεμένα τρανζίστορ. Μιας και τα περισσότερα συστήματα αποτελούνται από ψηφιακές πύλες, είναι αναγκαία η δημιουργία απλών και γρήγορων μαθηματικών μοντέλων για την προσομοίωση μεγάλων συστημάτων. Παρουσιάζονται τα στάδια απλοποίησης του κυκλώματος, για την επιμέρους ανάλυση και μοντελοποίηση.Σε κάθε περίπτωση τα αποτελέσματα του μαθηματικού μοντέλου συγκρίνονται με τα αποτελέσματα προσομοίωσης του προγράμματος HSPICE, καθώς επίσης παρουσιάζεται και ένα συγκριτικό σφάλμα απόκλισης. Για την εξαγωγή αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκαν αρκετές τεχνολογίες MOS τρανζίστορ και διάφορα σήματα εισόδου για διάφορες διαστάσεις (W/L) τρανζίστορ. Τέλος, γίνεται μια καθολική σύνοψη, και καταγράφονται συμπεράσματα και αποτελέσματα τα οποία προκύπτουν από την εργασία αυτή.
description: The main aspect of this study is the production of simple mathematical models to describe accurately the performance of switching circuits and complex digital gates. Nowadays, the designing of complex circuits has become simpler using the designing tools, the simulation process should be easy, fast and accurate too. In addition, the decrease in the dimensions of CMOS transistors and CMOS digital circuits, induce the need of new models that include the nanoscale effects , like the channel length modulation, the DIBL effect and parasitic capacitances that are important now. This study is separated into two parts.The first part is on the study of the MOS switch driving long lines, with resistance R and capacitance C. In the beginning there is a reference explaining the RC π-model, that simulates the line, and the main approach method is explained. The behavior of the line is studied, and the differential equations for the current and the voltage are solved analytically, at different nodes. The distinction of operating regions, based on the input signal, is necessary for the solution.In the second part, the analysis of complex gates with parallel and serial connected transistors is presented. Since digital systems are constructed with digital gates, the need of simple and fast models is necessary for the simulation of big systems. The analysis and the simulation of an equivalent CMOS inverter is explained in details.In every case the results are compared to the simulation results that occur from the HSPICE simulation tool, and the percentage error is also given. For the estimation of the proposed models, many models were used with different channel lengths. In the end there is an overall synopsis and an estimation of the extracted simulation results.