Inżynieria układów i systemów scalonych

Laboratorium

Ćwiczenie 3

Wykonanie ekstrakcji topografii oraz symulacji po ekstrakcji

1. Wstęp

Ćwiczenie ma na celu naukę wykonywania ekstrakcji topografii oraz testowania zaprojektowanego układu. W niniejszym ćwiczeniu, jako punkt startowy należy wykorzystać projekt topografii wykonany w ramach ćwiczenia nr 2.

2. Przygotowanie do laboratorium

Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia należy odświeżyć wiadomości dotyczące budowy i działania wzmacniaczy operacyjnych, technik prawidłowego projektowania topografii układów jak również należy zapoznać się z obsługą edytora topografii MAGIC i symulatora PSPICE. Na końcu niniejszego opracowania podana jest niezbędna literatura.

3. Wzmacniacz operacyjny CMOS

Przedmiotem badań jest wzmacniacz z ćwiczeń poprzedzających. Dla porządku przedstawiony jest on ponownie na rys. 1. Modele tranzystorów MOS umieszczone są w załącznikach A oraz B. Nazwy węzłów są oznaczone na schemacie kursywą. Wzmacniacz zasilany jest z niesymetrycznego źródła napięciowego o wydajności 3V. Poziom masy sygnałowej należy ustalić na równy 1.5V.

Rys. 1. Schemat badanego, prostego wzmacniacza operacyjnego CMOS. Kursywą podane są wymagane nazwy węzłów.

4. Zadania do wykonania

W ramach ćwiczenia należy wykonać ekstrakcję topografii oraz badania symulacyjne wzmacniacza wg zamieszczonej poniżej listy. Wyniki symulacji jak również wyniki wykonania pozostałych poleceń należy umieścić w protokole, którego wzór znajduje się w załączniku C. Załącznik ten, po wypełnieniu, należy przesłać pocztą elektroniczną na adres wskazany przez prowadzącego zajęcia. Jeśli nie wymagano inaczej, wszelkie parametry należy wyznaczyć dla V(out)=1.5V:

A) Należy wykonać ekstrakcję topografii. Następnie wszelkie symulacje należy wykonywać na liście połączeniowej uzyskanej po ekstrakcji.

B) Należy wyznaczyć wejściowe napięcie niezrównoważenia i jeśli nie podano tego inaczej wszystkie inne symulacje należy przeprowadzać przy założeniu podania na wejście napięcia stałego równego napięciu niezrównoważenia.

C) Należy wykonać analizę stałoprądową i podać ile wynoszą prądy stałe polaryzujące kolejne stopnie wzmacniające.

D) Należy wyznaczyć wzmocnienie napięciowe w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.

E) Należy wyznaczyć współczynnik CMRR.

F) Należy wyznaczyć współczynnik PSRR.

G) Należy wyznaczyć zniekształcenia nieliniowe dla sygnału wejściowego o amplitudzie 0.5V i częstotliwości 10kHz przy konfiguracji wzmacniacza jako wtórnik napięciowy i przy obciążeniu rezystancją 10k (do masy sygnałowej).

H) Należy sprawdzić czy wzmacniacz jest wewnętrznie skompensowany i wyznaczyć zapas fazy i amplitudy tej kompensacji oraz częstotliwość bieguna dominującego.

I) Należy wyznaczyć następujące parametry: napięcie niezrównoważenia, wzmocnienie napięciowe z otwartą pętlą oraz częstotliwość pasma 3dB dla parametrów tranzystorów z 4 różnych przebiegów produkcyjnych.

J) Należy podać wnioski końcowe (skomentować uzyskane wyniki oraz zaproponować możliwe modyfikacje wzmacniacza) i uwagi co do zakresu ćwiczenia

5. Literatura

[1] Z. Staszak., J. Glinianowicz, D. Czarnecki, skrypt pt. „Układy elektroniczne liniowe”.

[2] A. Guziński, „Liniowe elektroniczne układy analogowe”, WNT 1992.

[3] Strona domowa programu MAGIC http://opencircuitdesign.com/magic/index.html.

[4] Strona domowa firmy MOSIS - dystrybutora technologii Amis C5 http://www.mosis.com/

[4] B. Pankiewicz, materiały pomocnicze do przedmiotu „Inżynieria układów i systemów scalonych”, Gdańsk 2009.

6. Dodatki:

A) Plik z modelami tranzystorów MOS wykorzystywanymi w ćwiczeniu MODELE

B) Modele tranzystorów dla 4 różnych przebiegów procesu Run T22Y_xx.

C) Tabela – wzór protokołu.

Ćwiczenie 3 - laboratorium IUSS Wykonanie ekstrakcji topografii oraz symulacji po ekstrakcji
L.p.	Nazwa / opis					Wartość po ekstrakcji		Wartość z Ćw. 1
1	Data wykonania
2	Osoby które wykonały ćwiczenie
3	B. Wejściowe napięcie niezrównoważenia
4	C. Prądy polaryzujące poszczególne stopnie wzmacniające.
5	D. Wzmocnienie napięciowe w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.
6	E. CMRR
7	F. PSRR
8	G. THD.
9	H. Zapas fazy, amplitudy, częstotliwość bieguna dominującego.
10	I. Parametry dla 4 różnych przebiegów	Parametr	Run T22Y_TT	Run T22Y_SS	Run T22Y_FF		Run T22Y_SF
		VINOFF [mV]
		AD [V/V]
		f3dB [kHz]
11	J. Wnioski końcowe:

Ćwiczenie opracował Bogdan Pankiewicz, Gdańsk, październik 2009