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Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI GMEE102 Conception de Circuits Intégrés Analogiques TP Simulation électrique Rappels Yves Bertrand 1 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI pSpice : version libre téléchargeable Site Web pour chargement de la version étudiante pspice : http://www.electronics-lab.com/downloads/schematic/013/ puis en bas de page, cliquez sur : Download PSPICE 9.1 student version Yves Bertrand 2 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Principe Mesure Physique Maquette Yves Bertrand 3 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Mesure Physique Maquette Composants Yves Bertrand 4 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Mesure Physique Alimentation Maquette Composants Yves Bertrand 5 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Mesure Physique Alimentation Stimuli • sources continues • GBF Maquette Composants Yves Bertrand 6 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Mesure Physique Alimentation Stimuli • sources continues • GBF Maquette Analyse • Voltmètre, Ampèremètre • Oscilloscope • Analyseur Logique Composants Yves Bertrand 7 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Principe Simulation Circuit Netlist Circuit Yves Bertrand 8 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Principe Simulation Circuit Netlist Circuit Bibliothèque Modèles Composants Yves Bertrand 9 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Simulation Circuit Modèle alimentation Netlist Circuit Bibliothèque Modèles Composants Yves Bertrand 10 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Simulation Circuit Modèle alimentation Modèles • sources continues • GBF Netlist Circuit Bibliothèque Modèles Composants Yves Bertrand 11 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Simulation Circuit Modèle alimentation Modèles • sources continues • GBF Netlist Circuit Analyse • .op, .dc • .ac • .tran, Fourier ≡ Voltmètre, Ampèremètre Bibliothèque Modèles Composants Yves Bertrand ≡ Bode 12 ≡ analyseur logique ≡ oscilloscope 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Principe Simulation Circuit Modèle alimentation Modèles • sources continues • GBF Netlist Circuit Bibliothèque Modèles Composants Yves Bertrand Spice 13 Analyse • .op, .dc • .ac • .tran, Fourier ≡ Outil de Validation et Caractérisation 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Objectifs TP/TD GMEE102 Connaître/Utiliser outils simulation électrique Spice : Pspice (sur PC), hSpice (sur station Unix),… Electronics Workbench, Eldo, Saber, … Yves Bertrand 14 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Objectifs TP/TD GMEE102 Connaître/Utiliser outils simulation électrique Spice : Pspice (sur PC), hSpice (sur station Unix),… Electronics Workbench, Eldo, Saber, … Comprendre fonctions de base analogiques intégrées Référence tension, source courant, charges actives, … ADIFF, AOP Yves Bertrand 15 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Objectifs TP/TD GMEE102 Connaître/Utiliser outils simulation électrique Spice : Pspice (sur PC), hSpice (sur station Unix),… Electronics Workbench, Eldo, Saber, … Spice est le plus largement répandu Comprendre fonctions de base analogiques intégrées Référence tension, source courant, charges actives, … ADIFF, AOP Concevoir/simuler fonctions analogiques intégrées AOP bipolaire AOP CMOS Yves Bertrand 16 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Esprit Conception IC Concevoir et Prévoir Calcul « à la main » Modèles les plus simples Yves Bertrand 17 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Esprit Conception IC Concevoir et Prévoir Calcul « à la main » Modèles les plus simples Simuler et Vérifier Simulation avec modèles simples Vérification cohérence résultats Simulation avec modèles physiques réels Yves Bertrand 18 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Esprit Conception IC Concevoir et Prévoir Calcul « à la main » Modèles les plus simples Simuler et Vérifier Simulation avec modèles simples Vérification cohérence résultats Simulation avec modèles physiques réels Spice Yves Bertrand ≡ « grosse calculatrice » 19 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Méthode Travail TP Feuille texte exercice Yves Bertrand 20 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Méthode Travail TP Feuille texte exercice Recherche solution manuelle (avec modèles simples) Yves Bertrand 21 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Méthode Travail TP Feuille texte exercice Recherche solution manuelle (avec modèles simples) Élaboration fichier circuit (circuit.cir) Yves Bertrand 22 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Méthode Travail TP Feuille texte exercice Recherche solution manuelle (avec modèles simples) Élaboration fichier circuit (circuit.cir) Simulation ( circuit.out) Yves Bertrand 23 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Méthode Travail TP Feuille texte exercice Recherche solution manuelle (avec modèles simples) Élaboration fichier circuit (circuit.cir) Simulation ( circuit.out) Analyse critique résultats (circuit.out et outil graphique Probe) Yves Bertrand 24 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Méthode Travail TP Feuille texte exercice Recherche solution manuelle (avec modèles simples) Élaboration fichier circuit (circuit.cir) Simulation ( circuit.out) Analyse critique résultats (circuit.out et outil graphique Probe) Rétroaction si nécessaire Yves Bertrand 25 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Simulateur Électrique Développement initial Université de Berkeley, CA, 70’s 10 000 lignes FORTRAN Version de référence : SPICE 2G.6 Version actuelle SPICE 3, écrite en C Yves Bertrand 26 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Simulateur Électrique Développement initial Université de Berkeley, CA, 70’s 10 000 lignes FORTRAN Version de référence : SPICE 2G.6 Version actuelle SPICE 3, écrite en C Versions dérivées Cœur Spice + environnement + post-processing (ex : Probe) hspice : Metasoftware pspice : Orcad Yves Bertrand 27 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : principes Algorithmes de calcul Méthodes nodales Résolution matricielle Yves Bertrand 28 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : principes Algorithmes de calcul Méthodes nodales Résolution matricielle Modélisation des composants linéaires Résistances, Condensateurs (Capacités), Inductances Sources de tension, de courant ; sources commandées Yves Bertrand 29 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : principes Algorithmes de calcul Méthodes nodales Résolution matricielle Modélisation des composants linéaires Résistances, Condensateurs (Capacités), Inductances Sources de tension, de courant ; sources commandées Modélisation des composants non-linéaires Diodes, transistors bipolaires, transistors à effet de champs, … AOP Yves Bertrand 30 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier .cir : les « champs » Première ligne : Nom circuit, description Yves Bertrand 31 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier .cir : les « champs » Première ligne : Nom circuit, description Description des modèles, bibliothèques Yves Bertrand 32 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier .cir : les « champs » Première ligne : Nom circuit, description Description des modèles, bibliothèques Description du circuit : la « netlist » Yves Bertrand 33 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier .cir : les « champs » Première ligne : Nom circuit, description Description des modèles, bibliothèques Description du circuit : la « netlist » Description des sources de tension et courant Yves Bertrand 34 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier .cir : les « champs » Première ligne : Nom circuit, description Description des modèles, bibliothèques Description du circuit : la « netlist » Description des sources de tension et courant Description du type d’analyse Yves Bertrand 35 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier .cir : les « champs » Première ligne : Nom circuit, description Description des modèles, bibliothèques Description du circuit : la « netlist » Description des sources de tension et courant Description du type d’analyse Dernière ligne : .end Yves Bertrand 36 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Yves Bertrand 37 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Yves Bertrand 38 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Commande .dc courbe de transfert Vout(Vin) Yves Bertrand 39 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Commande .dc courbe de transfert Vout(Vin) Analyse en régime sinusoïdal Yves Bertrand 40 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Commande .dc courbe de transfert Vout(Vin) Analyse en régime sinusoïdal Commande .ac diagramme de Bode (Gain, phase) Yves Bertrand 41 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Commande .dc courbe de transfert Vout(Vin) Analyse en régime sinusoïdal Commande .ac diagramme de Bode (Gain, phase) Analyse en régime transitoire Yves Bertrand 42 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Commande .dc courbe de transfert Vout(Vin) Analyse en régime sinusoïdal Commande .ac diagramme de Bode (Gain, phase) Analyse en régime transitoire Commande .tran comportement temporel des signaux Yves Bertrand 43 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : Analyses Électriques Analyse en régime continu Commande .op tensions et courants continus Commande .dc courbe de transfert Vout(Vin) Analyse en régime sinusoïdal Commande .ac diagramme de Bode (Gain, phase) Analyse en régime transitoire Commande .tran comportement temporel des signaux Analyse fréquentielle (Fourier) : proposée à travers Probe Yves Bertrand 44 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : lettres clés (1) Eléments Résistance Capacité Inductance Diode Transistor bipolaire Transistor JFET Transistor MOS Sous-circuit Yves Bertrand 45 Lettre clé R C L D Q J M X 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Spice : lettres clés (2) Eléments Source Tension Source Courant Source Tension commandée Tension Source Tension commandée Courant Source Courant commandée Tension Source Courant commandée Courant Yves Bertrand 46 Lettre clé V I E H G F 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Facteurs d’échelle Facteur d'échelle f p n u m k meg g Yves Bertrand 47 Préfixe femto pico nano micro milli kilo mega giga Valeur 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (1) Schéma Circuit vR 1 2 R= 1kΩ + vC C=20nF Vin(t) 0 Yves Bertrand 48 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Exemple : Circuit RC (2) Stimulus d’entrée vin période (per) V2 V1 t td Yves Bertrand tr pw tf 49 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (3) Première ligne : toujours réservée au titre Yves Bertrand 50 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (3) Première ligne : toujours réservée au titre Indifféremment en Majuscule ou Minuscule (pas d’accent) Yves Bertrand 51 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (3) Première ligne : toujours réservée au titre Indifféremment en Majuscule ou Minuscule (pas d’accent) Ligne commentaire commence toujours par : "*" Yves Bertrand 52 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (3) Première ligne : toujours réservée au titre Indifféremment en Majuscule ou Minuscule (pas d’accent) Ligne commentaire commence toujours par : "*" Ligne de commande commence toujours par : "." Yves Bertrand 53 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (3) Première ligne : toujours réservée au titre Indifféremment en Majuscule ou Minuscule (pas d’accent) Ligne commentaire commence toujours par : "*" Ligne de commande commence toujours par : "." Masse (référence potentiels) : toujours nœud : "0" Yves Bertrand 54 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Exemple : Circuit RC (4) Description Pulse vin 1 0 pulse ( 0 1 10n 1n 1n 150u) V1 vin V2 td tr tf pw période (per) V2 V1 t td tr Yves Bertrand pw tf 55 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (5) Analyse transitoire .tran 3u 300u 0 3u ∆t impression t final Yves Bertrand ∆t calcul t non impression 56 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier RC.cir Yves Bertrand 57 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier Cellule_RC : etude d'une cellule RC en transitoire * description du circuit Fichier RC.cir Yves Bertrand 58 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier Cellule_RC : etude d'une cellule RC en transitoire * description du circuit r1 1 2 1k Fichier c1 2 0 20n Yves Bertrand 59 RC.cir 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier Cellule_RC : etude d'une cellule RC en transitoire * description du circuit r1 1 2 1k Fichier c1 2 0 20n * source de type impulsion vin 1 0 pulse (0 1 10n 1n 1n 150u) Yves Bertrand 60 RC.cir 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier Cellule_RC : etude d'une cellule RC en transitoire * description du circuit r1 1 2 1k Fichier c1 2 0 20n * source de type impulsion vin 1 0 pulse (0 1 10n 1n 1n 150u) *analyse transitoire .tran 2.3u 300u Yves Bertrand 61 RC.cir 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier Cellule_RC : etude d'une cellule RC en transitoire * description du circuit r1 1 2 1k Fichier c1 2 0 20n * source de type impulsion vin 1 0 pulse (0 1 10n 1n 1n 150u) *analyse transitoire .tran 2.3u 300u * resultats .plot tran v(2) v(1) .print tran v(2) v(1) Yves Bertrand 62 RC.cir 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Circuit RC (6) Fichier Cellule_RC : etude d'une cellule RC en transitoire * description du circuit r1 1 2 1k Fichier c1 2 0 20n * source de type impulsion vin 1 0 pulse (0 1 10n 1n 1n 150u) *analyse transitoire .tran 2.3u 300u * resultats .plot tran v(2) v(1) .print tran v(2) v(1) .probe .end Yves Bertrand 63 RC.cir 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Exemple : Circuit RC (7) 1.0V 0.8V Résultats Probe 0.6V 0.4V 0.2V 0V 0s 50us V(2) 100us 150us 200us 250us 300us V(1) Time Yves Bertrand 64 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Exemple : Filtre 3 étages (1) Schéma Circuit 1 R1=60Ω + R1=60Ω 2 R3=80Ω C1=1µF 3 R1=60Ω R1=60Ω 4 R3=80Ω C1=1µF 5 R1=60Ω R1=60Ω 6 R3=80Ω C1=1µF 7 RL= 100Ω Vin(t) 0 Yves Bertrand 65 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Filtre 3 étages (2) Filtre.sp (début) *Fichier Filtre.sp : Filtre passif, 3 cellules X1, X2, X3 +cascadees ; analyse ac * description de la cellule de base .subckt cel 11 10 13 r1 11 12 60 r2 12 10 50 Notion de sous-circuit r3 12 13 80 c 13 10 1u .ends Yves Bertrand 66 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Filtre 3 étages (3) Filtre.sp (suite) * mise en cascade des 3 cellules chargees par RL x1 1 0 3 cel x2 3 0 5 cel 3 appels sous-circuit x3 5 0 7 cel rL 7 0 100 * source sinusoidale d'amplitude 1 Volt vin 1 0 ac 1 Yves Bertrand 67 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple : Filtre 3 étages (4) Filtre.sp (fin) * analyse ac: 10pts/dec. entre 100Hz et 1MHz .ac dec 10 100 1MEG * resultats : gain (dB) et phase (degres) .plot ac vdb(7) vp(7) .print ac vdb(7) vp(7) .end Yves Bertrand 68 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Amplificateur bipolaire EC Yves Bertrand 69 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Exemple RC 470Ω R1 47kΩ Cin 20µF C RE 50Ω f=1kHz Yves Bertrand R2 12kΩ Cout 100µF β=100 E B vin(t) Master STPI + VCC 10V vout(t) E’ R ’E 220Ω 70 CE 100µF 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI 1 / Rôle des condensateurs Impédance d’un condensateur : ZC=1/Cω ω En BF (notamment en DC) ZC=1/Cω ∞ Condensateur ≡ CO Polarisation DC découplée des signaux AC En HF (notamment à la fréquence d’utilisation) ZC=1/Cω 0 Condensateur ≡ CC Superposition régimes DC et AC Découplage émetteur : RE (continu) ≠ RE(dynamique) Ici, à f =1kHz : ZCout = ZCE = ZCin/5 = 1,6 Ω Yves Bertrand 71 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI 2 / Calcul de la polarisation Potentiel Base Hypothèse : IB << Ip (Vérifiée a posteriori) R2 ⋅VCC ≈ 2,0 V VB = R1 +R 2 Potentiel Émetteur R2 VE = ⋅VCC − VBEON = 1,3 V R1 +R 2 Yves Bertrand 72 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Courants VE IC ≈ IE = = 4,8 mA RE +RE ' IC IB = = 48 µA β Potentiel Collecteur VC = VCC − R C ⋅IC = 7,75 V Dynamique maximale de sortie ∆v out = ± ( VCC − VC ) = ± 2,25 V Dynamique maximale d’entrée ∆Vin = ∆Vout A V Yves Bertrand Calculable quand on aura AV 73 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI ? Vérification de l’hypothèse IB << Ip VCC Ip ≈ = 170 µA ≈ 3,5 IB R1 +R 2 Non vérifiée ! On utilise le théorème de Thévenin (cf. figure) Et on a l’équation de maille suivante : VTh = R Th ⋅ IB + 0,7 + (RE + RE ') β ⋅ IB D’où on extrait les valeurs exactes suivantes : IB = 35,5 µA VE ≈ 1 V Yves Bertrand IC = 3,55 mA VB ≈ 1,7 V 74 Pas très bon ! (faible dynamique) VC ≈ 8,3 V 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Équivalent Thévenin RC 470Ω IB Yves Bertrand C B 9,6kΩ + VTh= VCC.R2/(R1+R2) RTh = R1 // R2 0,7V 2V β=100 E IC + VCC 10V RE + R ’E 270Ω 75 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI 3 / Calcul du gain en tension Schéma dynamique In vin B ib rπ R1//R2 9,6kΩ Yves Bertrand C β ib Out RC 470Ω vout E RE 50Ω 76 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Calcul de rπ β VT rπ ≈ = 704 Ω IC Gain en tension v out = −β ⋅ R C ⋅ ib v in = rπ ⋅ ib + (β + 1) RE ⋅ ib − β ⋅ RC AV = rπ + (β + 1) RE Yves Bertrand 77 A V = − 9,2 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI 4 / Calcul de la résistance d’entrée dynamique Schéma dynamique Rin = ( R1 // R 2 ) // R'in In B ib R’in vin R1//R2 9,6kΩ Yves Bertrand C rπ β ib Out RC 470Ω vout E RE 50Ω 78 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Calcul de R’in On applique la méthode de détermination de Rin i C B rπ v βi RC 470Ω v = rπ ⋅ i + RE (β + 1) ⋅ i v R'in = = rπ + RE (β + 1) i E RE 50Ω R'in = 5,17 kΩ Rin = 9,6 kΩ // 5,17 kΩ = 3,36 kΩ Yves Bertrand 79 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI 5 / Calcul de la résistance de sortie dynamique C i B rπ β ib RC 470Ω E v ib = 0 RE 50Ω β ⋅ ib = 0 Rout = RC = 470 Ω Yves Bertrand 80 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI 6 / Simulation de l’amplificateur EC Yves Bertrand 81 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Amplificateur a transistor en EC avec decouplage d'emetteur et RE' // C *analyse transitoire .model Simple NPN (BF=100) R1 100 1 47k R2 1 0 12k RC 100 2 470 RE 3 4 50 RE2 4 0 220 CE 4 0 100uF Cin 11 1 20uF Cout 2 22 100uF RL 22 0 100k Q1 2 1 3 Simple Vcc 100 0 10V Vin 11 0 sin 0 10m 1kHz .op .tran 1u 2000u .plot tran v(11) V(22) .probe .end Yves Bertrand 82 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 NODE VOLTAGE ( NODE VOLTAGE 3) Master STPI NODE VOLTAGE 1) 1.7150 ( 2) 8.4322 ( .9097 ( 11) 0.0000 ( 22) 0.0000 ( 100) 10.0000 ( 4) .7412 *** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS NAME Q1 MODEL Simple IB 3.34E-05 IC 3.34E-03 VBE 8.05E-01 VBC -6.72E+00 VCE 7.52E+00 BETADC 1.00E+02 GM 1.29E-01 RPI 7.75E+02 Yves Bertrand 83 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI Résultat de l’analyse transitoire 100mV 50mV 0V -50mV -100mV 0s 0.2ms 0.4ms V(11)*8.1 V(22) 0.6ms 0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms Time vout est multiplié par 8,1 et en opposition de phase : AV = -8,1 Yves Bertrand 84 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Rin et Rout Amplificateur a transistor en EC avec decouplage d'emetteur et RE' // C *gain, Rin et Rout .model Simple NPN (BF=100) R1 100 1 47k R2 1 0 12k RC 100 2 470 * modelisation de la resistance d'emetteur en dynamique (qd ZCE=0) RE 3 0 50 Q1 2 1 3 Simple Vcc 100 0 10V *Vin source reglee a la valeur de polarisation donnee au prealable par .op Vin 1 0 dc 1.715 .op *analyse du noeud 2 quand Vin subit de petites variations .tf v(2) Vin .end **** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(2)/Vin = -9.037E+00 INPUT RESISTANCE AT Vin = 3.368E+03 OUTPUT RESISTANCE AT V(2) = 4.700E+02 Yves Bertrand 85 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Tracé Caractéristiques NPN Yves Bertrand 86 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Exemple de fichier spice pour tracé caractéristiques *Caractéristique I-V transistor bipolaire .model trans_npn npn (BF=100 IS=1.8104E-15A VAF=35V) Q1 1 2 0 trans_npn 1 VCE 1 0 dc 5 IB 0 2 DC 10E-6 .dc VCE 0 10 50E-3 IB 10E-6 100E-6 10E-6 + .plot dc I(VCE) 2 Q1 .probe VCE .end IB 0 Yves Bertrand 87 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI 12mA 10mA 8mA 6mA 4mA 2mA 0A 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V IC(Q1) VCE Yves Bertrand 88 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Tracé Caractéristiques NMOS Yves Bertrand 89 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Caracteristiques NMOS .model Simple NMOS (kp=5.E-4 VTO=1.2) .model Lambda NMOS (kp=5.E-4 VTO=1.2 lambda=.02) M1 2 1 0 0 Simple M2 2 1 0 0 Lambda VGS 1 0 2V VDS 2 0 4V .dc VDS 0 10 .1 VGS list 3.2 4.3 5.2 .probe .end + 2 1 + M1 VDS VGS 0 Yves Bertrand 90 27/09/2012 GMEE102 Faculté des Sciences, UM2 Master STPI 5.0mA 4.0mA 3.0mA 2.0mA 1.0mA 0A 0V ID(M1) 1V ID(M2) 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V VDS Yves Bertrand 91 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 Yves Bertrand GMEE102 92 Master STPI 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Techno CMOS AMS 0.35 Yves Bertrand 93 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Valeurs approchés des paramètres Yves Bertrand 94 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier Modèle AMS CMOS 0.35 .MODEL MODN NMOS LEVEL=7 * *** Saturation related parameters *** +EM= 4.100e+07 PCLM=6.948e-01 +PDIBLC1 = 571e-01 PDIBLC2 = 2.065e-03 DROUT =5.000e-01 +A0 =2.541e+00 A1 = 0.000e+00 A2 = 1.000e+00 +PVAG = 0.000e+00 VSAT =1.338e+05 AGS = 2.408e-01 +B0 =4.301e-09 B1 =0.000e+00 DELTA=1.442e-02 +PDIBLCB =3.222e-01 ********* AMS 0.35 SIMULATION PARAMETERS ********* *-------------------------* format : PSPICE * model : MOS BSIM3v3 * process : C35 * revision : 3.1; * extracted: B10866 ; 2002-12; ese(487) * doc# : ENG-182 REV 3 *********************************************** * TYPICAL MEAN CONDITION *********************************************** * *** Flags *** +MOBMOD = 1.000e+00 CAPMOD = 2.000e+00 +NOIMOD = 3.000e+00 * *** Geometry modulation related parameters *** + W0 = 2.673e-07 DLC =3.0000e-08 +DWB = 0.000e+00 DWG =0.000e+00 +LL = 0.000e+00 LW = 0.000e+00 LWL=0.000e+00 +LLN =1.000e+00 LWN =1.000e+00 WL=0.000e+00 +WW=-1.297e-14 WWL=-9.411e-21 WLN=1.000e+00 +WWN =1.000e+00 * *** Temperature effect parameters *** +AT=3.300e+04 UTE=-1.800e+00 +KT1 =-3.302e-01 KT2 =2.200e-02 KT1L =0.000e+00 +UA1 =0.000e+00 UB1 =0.000e+00 UC1 =0.000e+00 +PRT =0.000e+00 * *** Threshold-voltage related model parameters *** +K1 =5.0296e-01 +K2 =3.3985e-02 K3 = -1.136e+00 K3B = -4.399e-0l +NCH=2.611e+17 VTH0=4.979e-01 +VOFF=-8.925e-02 DVT0 = 5.000e+0l DVT1 = 1.039e+00 +DVT2 =-8.375e-03 KETA =2.032e-02 +PSCBE1 =3.518e+08 PSCBE2 =7.491e-05 +DVT0W = 1.089e-01 DVT1W =6.671e+04 DVT2W=1.352e-02 * *** Mobility related model parameters *** +UA=4.705e-12 UB=2.137e-18 UC=1.00e-20 +U0 =4.758e+02 * *** Overlap capacitance related and dynamic model parameters *** +CGDO = 1.200e-10 CGSO = 1.200e-10 CGBO = 1.100e-10 +CGDL=1.310e-10 CGSL=1.310e-10 CKAPPA=6.000e-01 +CF =0.000e+00 ELM =5.000e+00 +XPART=1.000e+00 CLC=1.000e-15 CLE=6.000e-01 * *** Parasitic resistance and capacitance related model parameters *** +RDSW =3.449e+02 +CDSC =0.000e+00 CDSCB = 1.500e-03 CDSCD =1.000e-03 +PRWB = -2.416e-01 PRWG =0.000e+00 CIT =4.441e-04 * *** Subthreshold related parameters *** +DSUB =5.000e-01 ETA0 =1.415e-02 ETAB=-1.221e-01 +NFACTOR=4.136e-01 Yves Bertrand 95 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier Modèle AMS CMOS 0.35 * *** Process and parameters extraction related model parameters *** + TOX = 7.575e-09 NGATE =0.000e+00 +NLX=1.888e-07 *********************************************** * TYPICAL MEAN CONDITION *********************************************** * *** Flags *** +MOBMOD =1.000e+00 CAPMOD=2.000e+00 +NOIMOD =3.000e+00 * *** Substrate current related model parameters *** +ALPHA0 =0.000e+00 BETA0 = 3.000e+01 * *** Noise-effect related model parameters *** +AF = 1.507e+00 KF =2.170e-26 XJ=3.000e-07 +NOIA =1.l2le+19 NOIB =5.336e+04 NOIC =-5.892e-13 * *** Threshold-voltage related model parameters *** +K1 =5.9959e-01 +K2 =-6.038e-02 K3 =1.103e+01 K3B =-7.580e-01 +NCH=9.240e+16 VTH0=-6.915e-01 +VOFF=-1.170e-01 DVT0=1.650e+00 DVT1 =3.868e-01 +DVT2 = 1.659e-02 KETA =-1.440e-02 +PSCBE1 =5.000e+09 PSCBE2 =1.000e-04 +DVT0W =1.879e-01 DVT1W =7.335e+04 DVT2W =-6.312e-03 * *** Common extrinsic model parameters *** +LINT = -5.005e-08 WINT = 9.4030e-08 XJ= 3.000e-07 +RSH =7.000e+01 JS =1.000e-05 +CJ =9.400e-04 CJSW =2.500e-10 +CBD =0.000e+00 CBS =0.000e+00 IS=0.000e+00 +MJ =3.400e-01 N =1.000e+00 MJSW=2.300e-01 +PB =6.900e-01 TT =0.000e+00 +PBSW =6.900e-01 * *** Mobility related model parameters *** +UA = 5.394e-10 UB = 1.053e-18 UC =1.000e-20 +U0 = 1.482e+02 * *** Subthreshold related parameters *** +DSUB = 5.000e-01 ETA0 = 2.480e-01 ETAB=-3.917e-03 +NFACTOR= 1.214e+00 .MODEL MODP PMOS LEVEL= 7 * format: PSPICE * model: MOS BSIM3v3 * process: C35 * revision : 3.1; * extracted: C64685 ; 2002-12; ese(487) •doc# : ENG-182 REV 3 Yves Bertrand * *** Saturation related parameters *** +EM = 4.100e+07 PCLM = 3.184e+00 +PDIBLC1=1.000e-04 PDIBLC2=1.000e-20 DROUT =5.000e-01 +A0 = 5.850e-01 A1 = 0.000e+00 A2 = 1.000e+00 +PVAG =0.000e+00 VSAT =1.158e+05 AGS =2.468e-01 +B0 =8.832e-08 B1 =0.000e+00 DELTA= 1.000e-02 +PDIBLCB= 1.000e+00 96 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Fichier Modèle AMS CMOS 0.35 * *** Geometry modulation related parameters *** +W0 =1.000e-10 DLC =2.4500e-08 +DWB =0.000e+00 DWG =0.000e+00 +LL =0.000e+00 LW =0.000e+00 LWL =0.000e+00 +LLN =1.000e+00 LWN =1.000e+00 WL =0.000e+00 +WW =1.894e-16 WWL =-1.981e-21 WLN = 1.000e+00 + WWN = 1.040e+00 * *** Noise-effect related model parameters *** +AF=1.461e+00 KF=1.191e-26 EF = 1.000e+00 +NOIA =5.245e+17 NOIB=4.816e+03 NOIC =8.036e-13 * *** Common extrinsic model parameters *** +LINT=-7.130e-08 WINT=3.4490e-08 XJ=3.000e-07 +RSH = 1.290e+02 JS =9.000e-05 +CJ =1.360e-03 CJSW =3.200e-10 +CBD=0.000e+00 CBS =0.000e+00 IS=0.000e+00 +MJ =5.600e-01 N =1.000e+00 MJSW=4.300e-01 +PB =1.020e+00 TT = 0.000e+00 +PBSW=1.020e+00 * *** Temperature effect parameters *** +AT = 3.300e+04 UTE = -1.300e+00 +KT1 =-5.403e-01 KT2 =2.200e-02 KT1L = 0.000e+00 +UA1 = 0.000e+00 UB1 =0.000e+00 UC1 = 0.000e+00 +PRT = 0.000e+00 * *** Overlap capacitance related and dynamic model parameters *** +CGDO =8.600e-11 CGSO =8.600e-11 CGBO =1.100e-10 +CGDL = 1.080e-10 CGSL = 1.080e-10 CKAPPA =6.000e-01 +CF = 0.000e+00 ELM = 5.000e+00 +XPART= 1.000e+00 CLC = 1.000e-15 CLE= 6.000e-01 * *** Parasitic resistance and capacitance related model parameters *** +RDSW =1.033e+03 +CDSC =2.589e-03 CDSCB =2.943e-04 CDSCD =4.370e-04 +PRWB =-9.731e-02 PRWG =1.477e-01 CIT = 0.000e+00 * *** Process and parameters extraction related model parameters *** +TOX=7.754e-09 NGATE=0.000e+00 +NLX=1.770e-07 * *** Substrate current related model parameters *** +ALPHA0=0.000e+00 BETA0=3.000e+01 Yves Bertrand 97 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Calcul des capacités parasites Techno AMS 0.35 Cox Capacité grille-source Capacité grille-drain Yves Bertrand 98 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Calcul des capacités parasites Techno AMS 0.35 Capacité drain-substrat CDB (et capacité source-substrat CSB) Ce sont des capacités de jonction polarisée en inverse, dépendante de la polarisation : • Cj(0) : Capacité à polarisation nulle (V=0) • ϕB : "Built-in junction" potential, donné par les paramètres spice PB et PBSW • m : coefficient de profil de la jonction (1/3 < m < 1/2) : donné par les paramètre spice MJ et MJSW Yves Bertrand 99 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Calcul des capacités parasites Techno AMS 0.35 Ces capacités contiennent deux contributions : • la contribution de la jonction par unité de surface : paramètres CJ, MJ et PB • la contribution de la jonction par unité de longueur (SW pour side-wall): paramètres CJSW, MJSW et PBSW Le calcul de la capacité à polarisation nulle Cj(0) se fait alors ainsi : avec : X : largeur du drain (ou de la source) A : aire du drain (ou de la source) P : périmètre du drain (ou de la source) Yves Bertrand 100 27/09/2012 Faculté des Sciences, UM2 GMEE102 Master STPI Calcul des résistances parasites (source ou drain) Elles comprennent deux contributions • résistance série intrinsèque Rsi Techno AMS 0.35 • résistance série extrinsèque (hors résistance de contact) Rse X : largeur du drain (ou de la source) N : nombre de "doigts" du "N-finger transistor" La valeur de la résistance de contact est donnée par le constructeur. Par exemple : 60 Ohm par contact 0,4µm x 0,4µm p-dif/métal1 Yves Bertrand 101 27/09/2012
![Agence Comptable[2]](http://s1.studylibfr.com/store/data/000190145_1-d06ae78a9b3b8b79ebdfbed7139af760-300x300.png)
