Лр1
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
отчет
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Конструкторско-технологические основы полупроводниковых приборов и интегральных микросхем» ТЕМА: Исследование видов анализа и характеристик активных компонентов при моделировании по программе SPICE
Студенты гр. 1205 |
|
|
|
Преподаватель |
|
Садовая И. М. |
Санкт-Петербург
2024
Цель работы:
1. Изучить процесс создания входного файла для проведения SPICE моделирования.
2. Провести анализ характеристик активных компонентов, применяемых в схемотехническом моделировании.
3. Определить параметры моделей MOSFET-транзисторов уровней LEVEL 1–3 для схемотехнического моделирования.
4. Выполнить расчет параметров схем с помощью программы SPICE для схемотехнического анализа.
Обработка результатов:
ТЕСТИРОВАНИЕ ДИОДОВ:
Построим ВАХ диода D1N914 ( рисунок 2)
Рисунок 1 - Схема измерений для исследования ВАХ диода D1N914
Изменяя ток через диод, наблюдаем изменение напряжения на нем. ВАХ, полученная с помощью постпроцессора PROBE, показана на рисунке 2.
Рисунок 2 - ВАХ диода D1N914
Измерение времени обратного восстановления диода
Для оценки динамических характеристик моделей диодов необходимо определить время их обратного восстановления. При изменении полярности напряжения с прямой на обратную реальный диод запирается не сразу, а с задержкой, в течение которой через него может проходить значительный обратный ток. Схема для измерения времени обратного восстановления диода представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Схема измерения времени обратного восстановления
На модель диода подается разнополярный импульс напряжения амплитудой 10 В через резистор с сопротивлением 1кОм. Изменение тока диода во времени изображено на рисунке 4:
Рисунок 4 - Измерение времени обратного выброса диода
На графике тока имеется характерный выброс тока в обратном направлении.
Исходя из рисунка 4 время восстановления равно:
𝑡восст ≈ 10.170 нс – 10 нс = 170 пс
Анализ DC Sweep для расчета ВАХ nМОПТ.
Применяется для построения ВАХ МОП-транзисторов и передаточных характеристик цифровых инверторов на основе n–МОП (инвертор с квазилинейными, нелинейными и токостабилизирующими нагрузками), а также для КМОП-технологий. Выполним анализ DC Sweep для расчета ВАХ n–МОП-транзисторов.
Для транзистора M1 используется модель первого уровня Level=1(данные 2–микронного технологического процесса фирмы TEKTRONIX),для транзистора M2 — Level=2 (данные 2–микронного технологического процесса масштабируемой КМОП–технологии фирмы Montpellier), для транзистора М3 — типовая модель третьего уровня Level=3 (данные Stanford University EE371 Generic 0.8um CMOS Process). Длина и ширина канала МОПТ для всех транзисторов одинаковая: L= 2 мкм; W=28 мкм
Рисунок 5 - Схема расчета ВАХ n–МОПТ
Рисунок 6 - ВАХ n–МОПТ с индуцированным каналом (стоковая характеристика) с разными моделями: Level=1, Level=2 и Level=3
Рисунок 7 - ВАХ n–МОПТ с индуцированным каналом (сток–затворная характеристика) с разными моделями Level=1, Level=2 и Level=3
Анализ передаточной кривой КМОП-инветора по постоянному току
Рисунок 8 - Электрическая схема КМОП–инвертора на основе Spice моделей 3–го уровня (технологический процесс Stanford University EE371 Generic 0.8um CMOS Process) для построения передаточных характеристик в режиме расчета по постоянному току
Рисунок 9 - Передаточные характеристики КМОП–инвертора в режиме расчета по постоянному току
Анализ переходных процессов (Time Domain).
Анализ переходного процесса начинается с определения начальной точки, соответствующей режиму по постоянному току при значениях входных сигналов, соответствующих нулевому моменту времени.
Рисунок 10 - Электрическая схема КМОП–инвертора на основе Spice– моделей 1–го уровня (технологический процесс Stanford University EE371 Generic 0.8um CMOS Process) для исследования переходных процессов
Рисунок 11 - Результаты моделирования переходного процесса КМОП–инвертора
Вывод:
Проведённое исследование SPICE-моделирования позволило глубоко погрузиться в процесс создания входных файлов, изучив особенности моделирования активных компонентов. Анализ характеристик транзисторов, включая построение стоковых и сток-затворных характеристик, обеспечил понимание принципов работы этих устройств. Особое внимание было уделено моделированию МОП-транзисторов, где были изучены модели различной степени сложности (LEVEL 1–3), позволившие оценить влияние точности моделирования на результаты анализа.
Результаты, полученные в ходе моделирования, продемонстрировали эффективность применения SPICE для анализа электрических схем. Помимо этого, было выявлено, как правильная настройка параметров модели влияет на итоговые характеристики схемы. Данное исследование позволило закрепить навыки подготовки данных и проведения анализа в среде SPICE, что является ценным инструментом для дальнейших исследований в области электроники.