تحلیل و مدل‌سازی آماری تغییرات تصادفی CMRR و PSRR در تقویت‌کننده هدایت انتقالی فناوری CMOS نانومتری
الموضوعات :بهروز محبوبی 1 , داریوش دیدبان 2
1 - دانشگاه کاشان
2 - دانشگاه کاشان
الکلمات المفتاحية: تغییرات آماری تصادفیتقویت‌کننده هدایت انتقالیتوزیع و وابستگی آماریفناوری نانو CMOS,
ملخص المقالة :
با پیشرفت فناوری مدارهای مجتمع و ورود ترانزیستورها به مقیاس‌های نانومتری، تغییرات آماری مشخصات الکتریکی افزاره‌ها به علت ماهیت گسسته بار و ماده و تغییرات تصادفی ناشی از نوسانات پروسه ساخت به طور چشم‌گیری افزایش پیدا کرده است. این تغییرات به نوبه خود باعث تغییر در مشخصه‌های خروجی بلوک‌های مهم آنالوگ و علی‌الخصوص تقویت‌کننده‌ها می‌شود. در این مقاله به کمک شبیه‌سازی مونت‌کارلو یک مدار تقویت‌کننده هدایت انتقالی و استفاده از 1000 مدل فشرده متفاوت برای ترانزیستورهای MOSFET در فناوری 35 نانومتر، تغییرات آماری پارامترهای مهم مدار از لحاظ نحوه توزیع آماری، بررسی و آنالیز گردیده و مدل وابستگی آماری بین پارامترهای مهم مدار نیز استخراج شده است. تحلیل تغییرات آماری پارامترهای خروجی مدار و وابستگی آنها، دارای نتایج مستقیم در کاهش هزینه و زمان طراحی مدار بوده و حایز اهمیت فراوانی است.
[1] E. Bazizi, et al., "Impact of backplane configuration on the statistical variability in 22 nm FDSOI CMOS," in Proc. Int. Conf. on Simulation of Semiconductor Processes and Devices, SISPAD'15, pp. 345-348, Washington, DC, USA, 9-11 Sept. 2015.
[2] S. S. Sylvia, et al., "Effect of random, discrete source dopant distributions on nanowire tunnel FETs," IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 61, no. 6, pp. 2208-2214, Jun. 2014.
[3] K. Nayak, et al., "Metal-gate granularity-induced threshold voltage variability and mismatch in Si gate-all-around nanowire n-MOSFETs," IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 61, no. 11, pp. 3892-3895, Nov. 2014.
[4] X. Wang, et al., "Interplay between process-induced and statistical variability in 14 nm CMOS technology double-gate SOI FinFETs," IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 60, no. 8, pp. 2485-2492, Aug. 2013.
[5] L. L. Lewyn, T. Ytterdal, C. Wulff, and K. Martin, "Analog circuit design in nanoscale CMOS technologies," Proceedings of the IEEE, vol. 97, no. 10, pp. 1687-1714, Oct. 2009.
[6] X. Li, B. Taylor, Y. Chien, and L. T. Pileggi, "Adaptive post-silicon tuning for analog circuits: concept, analysis and optimization," in Proc. IEEE/ACM Int. Conf. on Computer-Aided Design, ICCAD'07, pp. 450-457, San Jose, CA, USA, 4-8 Nov. 2007.
[7] C. C. Enz and G. C. Temes, "Circuit techniques for reducing the effects of op-amp imperfections: autozeroing, correlated double sampling, and chopper stabilization," Proceedings of the IEEE, vol. 84, no. 11, pp. 1584-1614, Nov. 1996.
[8] C. G. Yu and R. L. Geiger, "Nonideality consideration for high-precision amplifiers-analysis of random common-mode rejection ratio," IEEE Trans. on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, vol. 40, no. 1, pp. 1-12, Jan. 1993.
[9] P. R. Gray and R. G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, John Wiley & Sons, Inc., 2001.
[10] R. Gregorian and G. C. Temes, Analog MOS Integrated Circuits for Signal Processing, New York, Wiley-Interscience, p. 614, vol. 1, 1986.
[11] J. Brown, "Differential amplifiers that reject common-mode currents," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 6, no. 6, pp. 385-391, Dec. 1971.
[12] P. VanPeteghem and J. Duque-Carrillo, "A general description of common-mode feedback in fully-differential amplifiers," in Proc. IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems, vol. 4, pp. 312-320, New Orleans, LA, USA, 1-3 May 1990.
[13] G. Meyer-Brotz and A. Kley, "The common-mode rejection of transistor differential amplifiers," IEEE Trans. on Circuit Theory, vol. 13, no. 2, pp. 171-175, Jun. 1966.
[14] M. J. Pelgrom, A. C. Duinmaijer, and A. P. Welbers, "Matching properties of MOS transistors," IEEE J. of Solid-State Circuits, vol. 24, no. 5, pp. 1433-1439, Oct. 1989.
[15] J. P. M. Brito and S. Bampi, "A DC offset and CMRR analysis in a CMOS 0.35 μm operational transconductance amplifier using Pelgrom's area/accuracy tradeoff," Microelectronics J., vol. 40, no. 9, pp. 1281-1292, Sept. 2009.
[16] B. Cheng, et al. "Statistical variability compact modelling strategy for BSIM4 and PSP," IEEE Design and Test of Computers, vol. 27, no. 2, pp. 26-35, Mar./Apr. 2010.
[17] S. K. Saha, "Modelling process variability in scaled CMOS technology," IEEE Design and Test of Computers, vol. 27, no. 2, pp. 8-16, Mar./Apr. 2010.
[18] A. Asenov, et al., "Simulation of statistical variability in nano-CMOS transistors using drift-diffusion, Monte Carlo and non-equilibrium Green's function technique," J. of Comp. Electronics, vol. 8, no. 3-4, pp. 349-373, Oct. 2009.
