Ja Geoe KHLi Aaloge elektroica Olosse a etwerke ANEL1 Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 1
Ja Geoe KHLi N-klee etwerk Ee scakelig et N aasluitklee die a buiteaf toegakelik zi e oor de rest elektroagetisc geïsoleerd is a zi ogeig is ee N-klee etwerk. 67 8. 5 4 3 2 1 N. Ja Geoe KHLi I deze cursus laatse we basiscooete i ee colex etwerk. Hieroor oete we oor elke cooet ee odel ostelle, zodaig dat we dit odel kue gebruike o deze cooet te siulere i ee etwerk. De de-facto stadaard oor de siulatie a aaloge elektroisce scakelige is SPICE, waara zeer ele ariate bescikbaar zi. O zo siulatie uit te oere laatse we et odel a ee cooet i ee etwerk. Exter kue we ee etwerk karakterisere door et aatal bescikbare klee Versie: zodag 16 seteber 21 2
Ja Geoe KHLi eeoort Ee 2-kleeetwerk is ee eeoort. Er is ee relatie tusse de stroo door (i) e de saig oer de oort () We kue eeoorte odele i olgede groee eleetaire eeoorte» (iet-lieaire) weerstad» (iet-lieaire) codesator» (iet-lieaire) iductatie» stroobro» saigsbro i colexe eeoorte» oortodelle bescrie et gedrag aa de ad a eleetaire eeoorte Ja Geoe KHLi Ee colex etwerk kue we i de eeste gealle oslitse i deeletwerke, waara we et gedrag kue bescrie. Het eest eeoudige etwerk is ee twee-klee etwerk of eeoort. De figuur o de trasarat toot ee sceatisce oorstellig a ee eeoort. Er wordt ee saigserscil () aagelegd oer de twee klee e als ee geolg iera otstaat er ee stroo (i) tusse de twee klee of ogekeerd. Er bestaat dus ee aste relatie tusse stroo e saig. We kue de eeoorte odele i twee groee, aelik de eleetaire eeoorte e de colexe eeoorte. De colexe eeoorte berekee we aa de ad a ee odel bestaade uit eleetaire eeoorte. Versie: zodag 16 seteber 21 3
Ja Geoe KHLi Eleetaire eeoorte (iet-lieaire) weerstad of (iet-lieaire) codesator (iet-lieaire) iductatie stroobro saigsbro i = R ii i i = g q = C i i = ii = Wi erkieze deze scrifwize oor siulatie i i = ω C i i = 1/( 1/( ω L) L) Ja Geoe KHLi De eleetaire eeoorte kue we odele i de olgede tyes: (iet-lieaire) weerstad De relatie tusse de stroo e de saig is ier de wet a O = R i die we oor et gebruik i de etwerkatrix bi oorkeur uitdrukke i de coductatieor aelik: i = g (iet-lieaire) codesator De ladigsergelikig q = C drukke we uit i et frequetiedoei als i = ω C (iet-lieaire) iductatie De ergelikig oor ee iductatie is i = 1/( ω L) stroobro De ergelikig oor ee stroobro is i = i o Saigsbro De ergelikig oor ee saigsbro is = o Versie: zodag 16 seteber 21 4
Ja Geoe KHLi Klei-sigaal bescriig Eeoorte et ee iet-lieair gedrag kue bescree worde aa de ad a klei-sigaal odelle steeds geldig i ee beerkt gebied I I V V Rod V is i =I +g Ja Geoe KHLi Vele a deze eeoorte ertoe ecter ee iet-lieair gedrag. We kue ecter et gedrag liearisere i ee klei gebied rod elk istelut. Idie de stroo-saigskarakteristiek ee gedrag ertoot als i de figuur o de trasarat, kue we deze cure rod V o beadere als i =I +g. Waeer de zwaai te groot is, zulle we successief deze kleisigaalbeaderig uitoere. Het is dus belagrik te begrie dat we ee grote eraderig a bioorbeeld de stroo door ee cooet of de saig oer ee iet-lieaire cooet kue berekee i staes, waarbi elk stae zo klei geoe wordt dat et gedrag rod dit stae lieair ag erodersteld worde. Ee diode is ee tyisc oorbeeld a ee colexe, iet-lieaire eeoort. Versie: zodag 16 seteber 21 5
Ja Geoe KHLi tweeoort Ee tweeoort is ee etwerk waarbi de stroo door of de saig oer de ee tak beaald wordt door de stroo door of de saig oer de adere tak We kue tweeoorte odele i olgede groee eleetaire tweeoorte» stroogestuurde stroobro i 2 = α i 1» saigsgestuurde stroobro i 2 = g 1» stroogestuurde saigsbro 2 = r i 1» saigsgestuurde saigsbro 2 = µ 1 colexe tweeoorte» oortodelle bescrie et gedrag aa de ad a eleetaire eeoorte e tweeoorte i 1 1 i 2 2 Ja Geoe KHLi Niet alle etwerke kue ogeslitst worde i eeoorte. Sos is de stroo of de saig tusse twee koe afakelik a de stroo of de saig tusse twee adere koe. I dit geal sreke we a ee tweeoort. Er zi ier tyes eleetaire tweeoorte, aelik stroogestuurde stroobro i 2 = α i 1 saigsgestuurde stroobro i 2 = g 1 stroogestuurde saigsbro 2 = r i 1 saigsgestuurde saigsbro 2 = µ 1 Ee colexe tweeoort is ee tweeoort die ka ogeslitst worde i eleetaire eeoorte e tweeoorte. Ee trasistor is ee tyisc oorbeeld a ee colexe tweeoort. Versie: zodag 16 seteber 21 6
Ja Geoe KHLi koe I ee etwerk (of ee elektroisce scakelig) kue we kooute erkee. Ee koout is ee erfecte erbidig tusse etwerk eleete. Het bereke a alle saige e alle stroe i ee etwerk is et olosse a ee etwerkroblee Het berekee a alle saige i alle koe is ieroor de eerste sta Dit gaa we u doe aa de ad a de N.A. etode Ja Geoe KHLi Voor we aaage et et ostelle a de etwerkergelikige erdele we et etwerk i etwerkeleete. De erbidige tusse deze eleete oee we koe. Va elk a de eleete a et etwerk kee we et gedrag. Idie we da de saige a alle koe uitrekee, kue we et gedrag a et geele etwerk kee. Versie: zodag 16 seteber 21 7
Ja Geoe KHLi Kooutetode (Nodal Aalysis of NA) Veroderstellig: er zi N koe We asse oor elke koo de eerste stroowet a Kircoff toe. Elk a deze stroe drukke we uit i fuctie a de saige die deze stroo oleere. Deze atrix wordt door de couter ogelost. B: i k k = ii ks = ks g ( ( k - k - s ) s ) Ja Geoe KHLi Bi et ostelle a de etwerkergelikige ertrekke we a de eerste stroowet a Kircoff die aageeft dat oor elke koo i ee etwerk geldt dat de so a alle stroe die uit deze koo wegloe ul is. Hierbi worde de stroe die i ee koo toekoe et ee egatief teke igebract. Als ee etwerk koe eeft, bekoe we ieruit ergelikige. Verolges gaa we al de stroe die i deze ergelikige oorkoe uitdrukke i fuctie a de saige die deze stroo geerere. Dit zi de saige a de koe a et etwerk. Voor ee weerstad et coductatie g (tusse koe k e s) wordt dit: Dit leert os ee stelsel a ergelikige o et obekede, aelik de saige a de kooute. Dit stelsel kue we scrie i atrixor. Door et olosse a de atrix bekoe we de waarde a de geweste saige. Versie: zodag 16 seteber 21 8
Ja Geoe KHLi Problee bi de N.A. aalyse Saigsbroe e stroobestuurde eleete kue iet zoaar i de atrix igebract worde. Verklaar waaro dat dit iet ka! Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 9
Ja Geoe KHLi Gewizigde kooutetode (M.N.A) Voor saigsbroe e stroobestuurde eleete oere we ee extra obekede e ee extra ergelikig i. Saigsbro:» extra obekede: stroo door de saigsbro» extra ergelikig: ergelikig a de saigsbro... Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 1
Ja Geoe KHLi Ostelle a de M.N.A. atrix door steels Voor et olosse a ee etwerk a kooute et saigsbroe wordt ee lege ierkate atrix a (+) * (+) als ertrekbasis geoe. Voor elk eleet dat tusse koo i e koo staat wordt da de odige aaassige gedaa o ri i e e kolo i e. oor saigsbroe ook o ee extra ri... Ja Geoe KHLi Elke oort die we toeoege aa et etwerk eroorzaakt bikoede stroe i dat etwerk. Als ee geolg daara oete er bikoede eleete aa de atrix worde toegeoegd. Deze bikoede eleete die aa de atrix oete worde toegeoegd oee we de steel a deze oort. Versie: zodag 16 seteber 21 11
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 12 Ja Geoe KHLi Steel a ee weerstad tusse koo i e i i = g ( i - ) i i = g ( i - ) = i g g g g Als oorbeeld werke we de steel a ee weerstad uit. Ee weerstad tusse koo i e geeft aaleidig tot ee stroo die ertrekt i koo e toekot i koo i. I twee ergelikige zulle we da ook de coductatieergelikig a deze weerstad oete ibrege, aelik ri i e ri. De coductatieergelikig is uitgedrukt i i e, dus zulle de eleete a kolo i e kolo oete eradere.
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 13 Ja Geoe KHLi Steel a ee codesator tusse koo i e = i C C C C ω ω ω ω i = ω C ( i - ) i = ω C ( i - )
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 14 Ja Geoe KHLi Steel a ee iductatie tusse koo i e = 1 1 1 1 i L L L L ω ω ω ω i = 1/( ω L) ( i - ) i = 1/( ω L) ( i - )
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 15 Ja Geoe KHLi Steel a ee stroobro tusse koo i e = I I i Stroo I loot a koo aar koo i
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 16 Ja Geoe KHLi Steel a ee saigsbro tusse koo i e = V I i 1 1 1 1 V= i - V= i -
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 17 Ja Geoe KHLi Steel a ee saigsgestuurde stroobro = t z i g g g g i i = g ( z - t ) i i = g ( z - t ) Dit is gee syetrisce atrix eer
Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 18 Ja Geoe KHLi Steel a ee saigsgestuurde saigsbro i - = µ ( z - t ) = 1 1 1 1 I t z i µ µ
Ja Geoe KHLi Siulatie et SPICE Sice file bestaat uit de olgede dele Titel Bescriig a et etwerk (list a eleete) eleetaa koouers odelaa araeters eerste letter a de eleetaa geeft et tye eleet aa Bescriig a de extere broe Bescriig a de odelle a de eleete Geraagde aalyses (tiddoei, frequetiedoei, DC istelut, ) Geraagde resultate.ed Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 19
Ja Geoe KHLi Modelle i SPICE De araeters erbode et de tecologie worde ogeslage i de odelle (laatste deel a de SPICE file) Modelle oete ogeaakt worde telkes de tecologie aageast wordt.» Geleerd door de silico foudry» Ogeaakt o basis a gegees a de silico foudry De araeters erbode et et desig worde bi et eleet zelf ogegee i SPICE. Tides et otwer door de otwerigeieur Na de asker lay-out door ee autoatisce extractie» De iloed a eel eer arasitaire eleete ka oderzoct worde Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 2
Ja Geoe KHLi Sice weerstad eleet tokoo bodekoo Zoder odel R<xxx> <koo1> <koo2> <weerstadswaarde>» Rbias tokoo bodekoo 1K Otioeel, i et odel zit de default waarde Met odel (1) R<xxx> <koo1> <koo2> <odelaa> [<weerstadswaarde>]» Rbias tokoo bodekoo ietec 1K Met odel (2) R<xxx> <koo1> <koo2> <odelaa> [W=<breedte> ] [L=<legte>]» Rbias tokoo bodekoo ietecr W=1U L=1U Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 21
Ja Geoe KHLi Sice weerstad odel odelaa Bulkkoo Vierkatsweerstad Default legte e breedte.model ietecr R BULK= RSH=2 L=2U W=1U + COX=1UF CAPSW=.1NF DLR=.6U DW=.2U Caaciteit bodelak(/ 2 ) W L V 1 + V2 D Caaciteit zilak (F/) I V B Verscil getekede legte werkelike legte oor de berekeig a de weerstad V 1 V 2 V s Verscil getekede breedte werkelike breedte oor de berekeig a de caaciteit Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 22
Ja Geoe KHLi IC caaciteite i SPICE Algeee ore C<aa> <(+) koo> <(-) koo> [odelaa] <waarde> [IC=<iitiële waarde>] C<aa> <(+) koo> <(-) koo> odelaa W=<waarde> L=<waarde> + [IC=<iitiële waarde>] Voorbeelde CLOAD 15 2F C2 1 2.2E-12 IC=1.5V CFDBCK 3 33 CMOD 1F CCAL 7 13 CMODIC W=1U L=3U Model.MODEL <odel aa> CAP [odel araeters] Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 23
Ja Geoe KHLi Kleisigaalodel oor de diode Het kleisigaalodel a de diode beat 3 eleete Juctiecaaciteit (C ) De diffusiecaaciteit (C D ) de geleidbaareid (g D ) Dit odel wordt ook zo i SPICE gebruikt V D + I D C D C g (V ) D D g D I = V D D - Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 24
Ja Geoe KHLi Biolaire trasistor: equialet scea Het equialete scea bestaat uit 2 diodes 2 stroo afakelike stroobroe B B D F D R D F D R I F I F E C E C I R I R a b Ja Geoe KHLi Het odel a ee biolaire trasistor bestaat logiscerwis uit de odelle a de 2 aawezige diodes, aelik de oorwaartse diode (D F ) e de diode et ee acterwaartse saig (D R ). Hieroor wordt dus telkes et olledige odel a de diode oergeoe, dit wil zegge de stroo-saigsrelatie, de diffusiecaaciteit e de uctiecaaciteit. Boedie wordt aa elk a deze twee diodes ee stroo gestuurde stroobro erbode. Als door de oorwaartse diode ee stroo I DF loot, loot door de stroo gestuurde stroobro I F = β F I DF. Deze β is oraalgezie groot. Wat geldt oor de oorwaartse diode geldt atuurlik ook oor de acterwaartse diode, er wordt aelik ook ee stroo gestuurde stroobro I R = β R I DR. Deze β is oraal ecter zeer klei. Versie: zodag 16 seteber 21 25
Ja Geoe KHLi MOSFET odel Serie weerstade a de source e drai D RD Caaciteite tusse gate, source, drai e bulk Diodes tusse bulk e source e drai G CGD id CBD - VBD + - VBS + B Ee stroo die beaald wordt door V GS e V DS CGS CGB CBS RS S Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 26
Ja Geoe KHLi Sice ileetatie M<aa> <drai koo> <gate koo> <source koo><bulk koo> <odel aa> + [L=<waarde>] [W=<waarde>] Oerlakte (area) drai /source + [AD=<waarde>] [AS=<waarde>] + [PD=<waarde>] [PS=<waarde>] Otrek (erieter) drai /source + [NRD=<waarde>] [NRS=<waarde>] [NRG=<waarde>] [NRB=<waarde>] + [RDC=<waarde>] [RSC=<waarde>] + [M=<waarde>] Voorbeelde M1 14 2 13 PNOM L=25u W=12u M13 15 3 PSTRONG M16 17 3 PSTRONG M=2 M28 2 1 1 NWEAK L=33u W=12u + AD=288 AS=288 PD=6u PS=6u NRD=14 NRS=24 NRG=1 Model or.model < odel aa> NMOS [ odel araeters].model < odel aa> PMOS [ odel araeters] Aatal ierkate oor de weerstad a drai/source/gate/ bulk cotactweerstad a drai/source Vereiguldigigsfactor (eerdere deices i arallel Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 27
Ja Geoe KHLi Sice MOS odelle Er bestaa eor eel MOS odelle. Er worde steeds ieuwe odelle ogesteld (et ieuwe araeters) o ee betere bescriig a de eoluerede tecologie te bekoe. korte kaaal effecte, selle oerlakte toestade, erzadigig a de elektroeseleid, Wat we ierboe bescree kot oeree et et LEVEL=1 odel Kies oor de eerste siulatie dit odel, da zal de reketid et korst zi Kies et odel dat et best oeree kot et de secificaties a de fabrikat oor de uiteidelike siulatie. Ja Geoe KHLi Versie: zodag 16 seteber 21 28