Главная Промышленная автоматика.

Сравнение с уравнением (16.11) показывает, что ток насыщения уменьшается из-за насыщения дрейфовой скорости и возрастает линейно с напряжением затвора в случае насыщения дрейфовой скорости при напряжении на затворе больше порогового и квадратично при отсутствии насыщения дрейфовой скорости. Таким образом, насыщение дрейфовой скорости может быть отмечено равными приращениями тока для равных приращений напряжения затвора, в отличие от увеличивающихся приращений тока для равных приращений напряжения затвора в случае отсутствия насыщения дрейфовой скорости. Теория Шокли [3] бьша расширена на случай насыщения дрейфовой скорости [16] в результате использования выражения [17]

dU ц dU

v=n-(1+--(16.13)

дх дх

при V = iddU/dx и 1 = и„ас предельных случаях соответственно для полей малых и больщих напряженностей. Обе теории приводят к одинаковым результатам при = 5 10 В/см. Ток по теории Шокли уменьшается в 1+мС/си/(з"нас) = 1 + 24и/зиотс Р". где = nUJ(vL) , и эта величина характеризует насыщение дрейфовой скорости. Случай z<] соответствует теории Шокли. Согласно уравнению (16.13) происходит более постепенное изменение скорости от линейной зависимости к насыщению, чем это обычно наблюдается в GaAs [15]. Более резкий переход может быть получен согласно [18]:

. = 2д[1.х/ТД i]- (16.14)

дх и„з(. дх

Другое широко используемое, но менее удобное выражение для ВАХ с насыщением дрейфовой скорости приведено в работе [19]. Стационарный домен, который может сформироваться в области сильного поля, необходимого для перекрытия канала у затвора со стороны стока, может уменьшить ток насыщения. Однако этот эффект незначителен в СБИС, предназначенных для работы при низких напряжениях питания.

16.2.4. ПЕРЕХОДН.А.Я ХАРАКТЕРИСТИК.А.

Изменение напряжения затвора от низкого вплоть до порогового или наоборот вызывает изменение числа свободных электронов в канале. Существует определенный период времени, в течение которого токи стока и истока отличаются. Продолжительность периода, следующего за резким изменением напряжения затвора, представляет собой время отклика транзистора и составляет приблизительно 10 пс для ПТШ с = 1 мкм. Поэтому для расчета времени нарастания допустимо использование статических ВАХ, полученных при переменных Uj{t) и U{t), при расчете времени спада инвертора и равенства /(.=0. Задержка, вызванная изменением числа электронов в канале, требует, чтобы токи истока и стока отличались (что игнорируется при использовании для расчета статического тока). Это требование может быть учтено добавлением "эффективной" емкости канала к пол-



ной емкости. Эта емкость выбрана так, что изменение связанного заряда за время нарастания и спада, т.е. (Ц,ых - Сых) • Рвно в случае расчета времени спада внешнему подвижному заряду канала Qk (-си ~ Ц?ых) случае расчета времени нарастания половине подвижного заряда канала. Более поздние результаты были основаны на том, что в течение времени нарастания половина заряда канала проходит через сток, а другая половина ~ через исток, тогда как в течение времени спада все электроны поступают из истока. Используя аппроксимацию МОП-транзистора, согласно которой все электроны канала и доноры расположены на расстоянии от перехода затвора, и полагая, что транзистор работает в линейном режиме при = [/°, < , получаем

(16.15) (16.16)

так что для логических схем на ПТ с непосредственными связями, где -

вых j 1 0

сп зи (аых ~ пор) / (Ц)ых " bi

= С,,/2. Типичная емкость затвора при L = I мкм состав-

aHnop-*

•ьх).

(16.17)

тогда как С„„

ляет 10" Ф на 1 мкм ширины, так какафф = 10 см.

Паразитные емкости сток исток (рис. 16.7) обусловлены: а) вертикальными линиями электрического поля, проходящими сквозь полуизолирующую подложку; б) линиями электрического поля, ттроходящими от истока к электроду подложки и затем от него к стоку [24]. Приближенное выражение для емкости, обусловленной первой переменной, имеет вид [25]

=(11б/7г)]п[4(1+2й .з)], (16.18)

а для емкости, обусловленной второй переменной, определяется как

= (nWelDllnihJb), (16.19)

где Wb - 1[лон1адь линий контактов; предполагается b>L и /г>й,где /г„ - толтцина подложки. Значения Э1их емкостей составляют около нескольких единиц 10"* Ф на 1 мкм ширинтя затвора для канала длиной 1 мкм. Индекс "в" принят для обозначения вертикатгьной краевой емкости. Кроме того, существуют продольные краевые емкости между конгак1ами стока и истока [24], которые в отличие от вертикальной емкости ке уменьшаются ппи уменьшении ширины фанзистора W.

Рис 16 7 Емкости транзистора

--А п\

Металл - jemfl



16.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНВЕРТОРА

16.3.1. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТЖА ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

Эта характеристика связывает выходное напряжение в статическом состоянии с входным. При входном напряжении ниже порогового Цишр которое д.пя характеристики, приведенной на рис. 16.8, составляет около -1-0,2В, выходное напряжение "высокое". Высокий выходной уровень fyx рис. 16.8 немного меньше из-за того, что выходной электрод нагружен прямосмецденным переходом затвора следующей логической ячейки, показанной на рис. 16.8. Когда входное напряжение превышает пороговое, транзистор переходит в проводящее состояние и выходное напряжение уменьшается из-за падения напряжения на резисторе нагрузки.

Коэффициент усиления по напряжению (тангенс угла наклона штриховой линии на рис. 16.8)

СА=-Ц,ых/4х>1- (16.20)

Коэффициент усиления характеризует скорость спада выходного сигнала относительно входного, так как dUJdi = (()Ц,ь1х/вх) (ix/O . Этот эффект может быть использован для формирователей импульсов [27, 28]. Запас помехоустойчивости („дм) "ожет быть определен как разность напряжений, измеренная на оси (см. рис. 16.8) входного напряжения передаточной характеристики (абсцисса) между рабочей точкой и ближайшей точкой единичного усиления, т.е. такой точкой, в которой выполнено условие <Цаых/вх~ Почти такие же величины для запаса помехоустойчивости получены путем замены точек единичного усиления теми точками, в которых выходное напряжение достигает 10 и 90% от перепада логических уровней, или, иначе, между точками пересечения касательной с уровнями логического нуля и единитца!, как показано на рис. 16.8. Запас помехоустойчивости для логического нуля f/°oj = 0,06 В, а для лошческой единицы f/jjj =0,27 В. Так как внутренний шум возрастает с увеличением перепада логических уровней, го параметр "шумовая помехоустойчивость", определяемый как отношение запаса помехоустойчивости к перепаду логических уровней, используется иногда для сравнения различных схем. При формировании требований по помехоустойчивости необходимо учитывать не только внутренний шум компонентов, но и наличие паразитных сигналов

0,8 -

0.6-

Рис. 16.8. Передаточная характеристика ячейки кольцевого генератора на ПТ с непосредственными связями; показан запас помехоустойчивости [26]

12 - 6517

0,058


0 4 0,6





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 [118] 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0055