המעבדה ל-VLSI
הטכניון ,מכון טכנולוגי לישראל הפקולטה להנדסת חשמל מעבדה לVLSI- מעבדה 3 ,2 הכרה של מעגלי VLSI אנלוגיים בסיסים וביצוע מדידות על גבי שבב מהדורה חדשה -הערות נא לשלוח לgoel@ee- כל הערה תתקבל בברכה! עדכון אחרון 14:52 17/09/2015 - http://www.ee.technion.ac.il/vlsi/ מסמך זה כתוב בלשון זכר ע"מ להקל על הכתיבה אך מתייחס לנשים ולגברים כאחד .עמכם הסליחה . תוכן עניינים פרק - 1הקדמה 3 .................................................................................................... פרק 4 ................................................................................................................ 2 2.1מבוא 4 ............................................................................................................................... 2.2טרנזיסטורי NMOSו5 ........................................................................................... PMOS - 2.3נגד אקטיבי 6 ....................................................................................................................... 2.4מקרות זרם8 ....................................................................................................................... 2.5ראי זרם 11 ......................................................................................................................... 2.6מגברים 13 .......................................................................................................................... פרק - 3דוחות הכנה 15 ............................................................................................ דוח הכנה -ניסוי מס' 15 .......................................................................................................... 1 .3.1נגד אקטיבי 15 ................................................................................................................... 3.2מחלק מתח 16 ..................................................................................................................... 3.3מקור זרם פשוט 17 .............................................................................................................. 3.4מקור זרם עם נגד במשוב 18 .................................................................................................. דוח הכנה -ניסוי מס' 19 .......................................................................................................... 2 3.5מקור זרם 19 ................................................................................ Cascode Current Sink : 3.6מגבר אופרטיבי 20 ............................................................................................................... פרק - 4תיאור של כלי 21 ............................................................................ Cadence 4.1שרטוט סכימת המעגל 21 ...................................................................................................... 4.2סימולציה 25 ....................................................................................................................... 4.3שרטוט 29 ............................................................................................................. LAYOUT פרק - 5ביצוע הניסויים 31 ........................................................................................ ביצוע ניסוי מס' 32 ................................................................................................................. 1 5.1נגד אקטיבי 32 .................................................................................................................... 5.2מחלק מתח 32 ..................................................................................................................... 5.3מקור זרם 33 ...................................................................................................................... 5.4מקור זרם עם נגד במשוב 33 .................................................................................................. 5.5מקור זרם בעל VMINנמוך יותר 34 .......................................................................................... 5.6מגבר אופרטיבי 34 ............................................................................................................... חומר עזר 38 ............................................................................................................................. רקע בסיסי למערכת ההפעלה 38 .......................................................................... Unix - Solaris מנשק המשתמש של 38 .................................................................................................... Solaris מערכת הקבצים 38 ................................................................................................................... עורכי טקסט 39 ........................................................................................................................ הדפסות 39 ............................................................................................................................... 2 פרק - 1הקדמה חוברת זו מהווה תדריך והכנה לניסוי במעבדה ל VLSI -אנלוגית .הניסוי מתבצע על גבי תחנות UNIXשל חברת SUNעם תוכנת CADENCEלתכנון מעגלי VLSIוגם באמצעות ציוד בדיקה שנתרם ע"י חברת .INTEL מטרת הניסוי: .1הכרה של יחידות אנלוגיות בסיסיות ותכן של יחידות מורכבות יותר באמצעותן. .2הכרה של כלים לתכנון מעגלים אנלוגיים. .3הכרה של ציוד בדיקה בסיסי הנדרש לביצוע מדידה של התנהגות של מעגל אנלוגי. מבנה הניסוי: הניסוי מחולק לשתי פגישות .כל אחת באורך ארבע שעות. לפני כל ניסוי חובה להכין דו"ח מכין ,ולהגישו למנחה עם תחילת הניסוי. ניסוי מס' ( 1פגישה ראשונה): ניתוח תאורטי ,סימולציה וביצוע מדידות של : נגד אקטיבי מחלק מתח מקור זרם פשוט מקור זרם עם נגד במשובניסוי מס' ( 2פגישה שניה): ניתוח תאורטי ,סימולציה וביצוע מדידות של : מקור זרם Cascode Current Sink : מגבר אופרטיבידרישות הניסוי: הגשת דוח הכנה לכל ניסוי לפי שאלות מפרק - 3דוחות הכנה. בוחן הכנה לניסוי. ביצוע הניסוי מול המחשב. הגשת דוח מסכם כשבועיים לאחר ביצוע ניסוי מס' .2 הדוח המסכם יכלול: הדוחות המכינים לשני חלקי הניסוי. תדפיסי כל המעגלים ,הסימולציות ותוצאות הסימולציות ,שהתבצעו במהלך הניסויים. הערות בכתב יד לגבי התוצאות שהתקבלו (על גבי התדפיסים). הערה :תדריך ניסוי זה מנוסח בחלקו בלשון זכר אך מיועד לנשים וגברים כאחד 3 פרק - 2מבואות 2.1מבוא כמו במערכות ספרתיות ,גם מערכות אנלוגיות מורכבות לרב מיחידות בסיסיות פשוטות .אחת המטרות של ניסוי זה היא להכיר לעומק יחידות אנלוגיות בסיסיות וכיצד ניתן להרכיב באמצעותן מערכות מורכבות יותר. במהלך הניסוי ,נבצע ניתוח תיאורטי של כל מעגל ,נבצע סימולציה אנלוגית ) (Spiceונבצע מדידות על מעגלים שיוצרו ב test chip -באופן מיוחד לניסוי זה .טכנולוגית היצור היא .CMOS 1.5u יחידות בסיסיות אנלוגיות נפוצות הן : מתגים עומסים אקטיביים מקורות מתח וזרם ראי זרם מגברים מהפכים מגברים דיפרנציאלייםאנו נכיר את רוב המעגלים הנ"ל ונממש באמצעותם מגבר אופרטיבי שמופיע באיור מס' .1 מהפך ראי זרם נגד אקטיבי מחלק מתח מגבר דיפרנציאלי ראי זרם מקורות זרם איור מס' : 1מגבר אופרטיבי באיור מס' 1מופיע מגבר אופרטיבי פשוט .באיור ניתן לראות כיצד ניתן להרכיב מערכת מורכבת באמצעות היחידות המוזכרות לעיל .יש לשים לב שלעתים קרובות התקנים מסוימים משמשים ליותר מתפקיד אחד .לדוגמא M3 ,מתפקד גם כנגד אקטיבי וגם כחלק מראי הזרם .עובדה זאת מקשה על הגדרת התפקיד של כל התקן במעגל נתון .כאמור ,בשלב ראשון אנו נכיר את רוב היחידות הבסיסיות. 4 : כללי .CMOS 1.5µ 2 Metal 2 Poly :טכנולוגית היצור של המעגל בניסוי :מספר פרמטרים של התהליך -8 Tox = 3.13×10 m µoN = 650 cm2/Vsec µoP = 236 cm2/Vsec εo = 8.854 pF/m εSiO2 = 3.85 VDD = 5 V VTN = 0.6V - וVTP = -0.87V :נחשב ערכים שנצטרך במהלך הניסוי .א Cox = εo ε SiO2 / Tox = 8.854 × 3.85 × 10 /3.13 ×10 = 109 nF/cm -12 -8 2 .ב K'N = µoN εo εSi O2/ Tox = 71 µA/V2 K'P = µoP εo εSi O2/ Tox = 26 µA/V2 PMOS - וNMOS טרנזיסטורי2.2 PMOS S G NMOS D G D S PMOS - וNMOS טרנזיסטור: 2.1 'איור מס סכמת תמורה לאות קטן בתדר נמוך: 2.2 'איור מס :NMOS עבור ID = 0 if ID = K'W/L(VGS - VT – VDS/2) VDS if 5 VGS < VT ; VDS >=0 VGS > VT and 0 < VDS < VGS - VT ()קטעון ()ליניארי )רוויה( VDS > VGS - VT VGS > VT and if ) ID = K'W/2L(VGS - VT)2(1 + λ VDS עבור :PMOS )קטעון( )ליניארי( )רוויה( V GS > VT ; VDS <=0 VGS < VT and 0 > VDS > VGS - VT VGS < VT and VDS < VGS - VT ID = 0 if ID = -K'W/L(VGS - VT – VDS/2) VDS if ID = -K'W/2L(VGS - VT)2(1 + λ VDS ) if 2.3נגד אקטיבי התקנים פסיביים כגון נגדים וקבלים חשובים מאד בעיבוד של אותות אנלוגיים .ניתן לממש קבל באמצעות לוחות מקבילים של מוליך-מבודד-מוליך .בקבל MOSמשתמשים בתחמוצת דקה כמבודד והלוחות המוליכים עשויים ממתכת או ממוליך למחצה בעל ריכוז סיגים גבוה .בשיטה זו (כאשר משתמשים בשטחים סבירים) מתקבלים קבלים בגדלים של עד .20pF אם נתעלם מהדק המצע ,ניתן להפוך טרנזיסטור להתקן בעל שני הדקים ע"י קיצור הדק ה- להדק ה( drain -יש לחבר את הדק ה source -למתח השלילי יותר עבור .)NMOSמבנה זה מממש נגד לאות קטן בעל תכונות ליניאריות בטווח קטן .למימוש נגד באמצעות טרנזיסטור דרוש שטח קטן בהרבה מהשטח הדרוש למימוש נגד בגודל זה בעזרת פוליסיליקון. gate באיור מס' 2.3ניתן לראות מימוש של נגד אקטיבי גם בעזרת NMOSוגם בעזרת .PMOSבנוסף, מופיע גם מעגל התמורה לאות קטן וגם אופיין מתח-זרם. I V איור מס' : 2.3נגד אקטיבי PMOSו ,NMOS -מעגל התמורה ואופיין מתח-זרם 6 מכיוון ש VDS = VGS -הטרנזיסטור נמצא בתחום הרוויה ולכן: ID = )K'W/2L()VGS – VT(2 K'=μoCox )< = > VGS =VDS = VT + (2IDL/K'W )gm = δI/δV = )K'W/L()VGS – VT( = (2IDK'W/L מתוך מעגל התמורה לאות קטן ,מתקבל : g = (1+gmrds)/rds gm מתוך המשוואות ,ברור שהנגד הנ"ל אינו ליניארי. (בהנחה ש)Vbs = 0 : באיור מס' 2.4מוצגים שני מחלקי מתח ממומשים בעזרת טרנזיסטורי NMOSו.PMOS - משתמשים במעגלים מסוג זה כאשר יש צורך במקור מתח במעגל .גם כאן ,מימוש של מחלק המתח דורש הרבה פחות שטח מאשר מחלק מתח בעל תכונות דומות הממומש בעזרת נגדי פוליסיליקון. איור מס' : 2.4מחלקי מתח 7 2.4מקורות זרם מקור זרם אידיאלי הינו התקן בעל שני הדקים שבו זרם קבוע עבור כל מתח שמופעל עליו. ראה איור מס' .2.5 + I Io Io V V איור מס' : 2.5מקור זרם אידיאלי איור מס' 2.6מציג אופיין מתח-זרם של מקור זרם אמיתי .ניתן לראות שהזרם בערך קבוע עבור תחום מוגבל של מתחים ושהמקור אינו דו כיווני .בנוסף לכך ,בתחום שבו הזרם בערך קבוע, השיפוע של הגרף מייצג את המוליכות המקבילית של המקור שבמקרה האידיאלי שווה לאפס. שיפוע = 1/Ro I Io Vmin V איור מס' : 2.6מקור זרם אמיתי איור מס' 2.7-1מציג מימוש של מקור זרם הממומש בעזרת טרנזיסטור :NMOS איור מס' : 2.7-1מקור זרם NMOS ID = )K'W/2L()VGG – VT(2 עבור V1>VMIN ואם נניח ש = 0 : אופיין מתח-זרם של המקור מוצג באיור : 2.7-2 8 Io VDS IDS Vmin איור מס' : 2.7-2אופיין מתח-זרם של המקור ברור ש : VMIN = VDS (sat) = VGG – VT התנגדות היציאה של המקור בתחום V>VMINנתון ע"י : |Ro = 1/gds = 1/|ID עבור: VT = 0.6V VGG = 2V W = 50µ L = 10µ K'N = 71µA/V2 λ = 0.02 V-1 מתקבל : VMIN = 2 - 0.6 = 1.4 V Io = [71x10-6x50 (2-0.6)2] /20 = 348µA Ro = 1/(0.02x348x10-6) = 144KΩ הגדלת R0 לעתים קרובות ,הערך המתקבל עבור Roבתצורה זאת אינו גבוה מספיק .ניתן להגדיל את Roע"י הקטנת Ioאבל קיימות שיטות יעילות יותר .איור מס' 2.8מציג כיצד ניתן להגדיל את Roע"י שימוש במשוב שלילי. איור מס' : 2.8מקור זרם עם נגד במשוב 9 מתוך הסכמה ניתן לרשום : Ro = ΔV/ΔI = rds[1 + (gm + gmb + gds)R] ≈ (1 + gmR)rds כאשר . gm > gmb > gds : בהמשך נחשב את הערך של Roבמעגל שבו Rממומש כנגד אקטיבי. הקטנת VMIN באיור מס' 2.9aמופיע מקור זרם מסוג .Cascode Current Sinkנגדיר . VGS = ΔV + VT :ניתן לומר ש ΔV : -הוא מתח ה VDS -המינימלי הדרוש על מנת לשמור התקן ברוויה (מתח זה זהה עבור כל הטרנזיסטורים בעלי מימים שווים וזרם זהה). IREF 2ΔV +2VT ΔV + VT איור מס' : 2.9aמקור זרם מסוג Cascode Current Sink ברוויה ,ניתן לרשום : ID = )K'W/2L()VGS – VT(2 = )K'W/2L()ΔV(2 באיור ,2.9aאם M3זהה ל M4 -ואם נזניח את אפקט המצע ,אזי .VG4 = 2ΔV + 2VTכדי ש- יהיה ברוויה ,דרוש ש: או ש: VDS2MIN = VGS2 - VT כלומר : VD2MIN = VG2 - VT M2 VD2MIN = 2ΔV + 2VT- VT = 2ΔV + VT זהו למעשה ה VMIN -של מקור הזרם .כמובן ,צריך לוודא שגם M1נמצא ברוויה ואם לא צריך לשנות את IREFבהתאם. באמצעות מקור זרם מסוג Cascode Current Sinkדו-דרגתי שמופיע באיור ,2.9bניתן להקטין את .VMINבמעגל זה ,נניח שכל ההתקנים מתואמים ונזניח את אפקט המצע על .M6,M4,M2נתון ש: 10 4W6/L6 = W1/L1 = W2/L2 =W3/L3 =W4/L4 = W5/L5 מתוך המשוואה של IDלעיל ,מתקבל ש VGS6 = VT + 2ΔV :ולכן VG6 = VG4 = 2VT + 3ΔV T VGS3 = VGS4 = ΔV + VT מכיוון ש ID4 = ID3 :אזי : VG2 = VG4 - VGS3 = VT + 2ΔV ולכן : VD2MIN = VG2- VT = 2ΔV מכאן : IREF IREF 3ΔV + 2VT 2ΔV + VT ΔV + VT איור מס' : 2.9bמקור זרם בעל VMINנמוך 2.5ראי זרם בסעיף זה נכיר מעגלים דומים לאלה שבסעיף הקודם אלא שבסעיף זה מקורות הזרם מבוקרים ע"י זרם DCולא ע"י מתח DCכפי שהיה בסעיף הקודם .בנוסף לכך המעגלים כאן נבדלים מהקודמים בזה שהם מסתמכים על עקרון של התקנים מתואמים .מעגלים אלה נקראים ראי זרם. 11 איור מס' : 2.10ראי זרם MOSפשוט איור מס' 2.10מציג ראי זרם MOSפשוט .אם M1 , VDS1 > VT1יהיה תמיד ברוויה .אם נניח ש: VDS2 > VGS2 - VT2אז ניתן להשתמש במודל הרוויה עבור שני התקנים: )ID = K'W/2L(VGS –VT)2(1 + λVDS ])=>VGS1 –VT1 = √ [2L1ID1/K'NW1(1 + λVDS1 ])=> VGS2 –VT2 = √ [2L2ID2/K'NW2 (1 + λVDS2 מכיוון שמתחי המצע של M1ושל M2זהים ,אזי VT1 = VT2ומתקבלת התוצאה הבאה: )Iout/Iin = IDS2/IDS1 = KN2'W2L1(1 + λ2VDS2) / KN1'W1L2(1 + λ1VDS1 Rout = Vout/Iout = rds2 = 1/λ ID2 = 1/λIout עבור: KN' = 71µA/V2 ; VT = 0.6V נבחר I = 25µAמתקבל : ; Rout = 1/(0.02x25x10 ) = 2MΩ אם נתון ש 1/4 = W/L -עבור שני הטרנזיסטורים .נחשב את VGSבנקודה בה הטרנזיסטור עובר מהתחום האוהמי לתחום הרוויה : 2 2 ID = KN'W/2L(VGS –VT) 25 = 71 (VGS – 0.6) / 8 => VGS = 2.3V => VMIN = 2.3– 0.6 = 1.7V -6 12 2.6מגברים ניתן לראות שהמגבר האופרטיבי שבאיור מס' 2.11ממומש באמצעות היחידות הבסיסיות :נגד אקטיבי ,מקור זרם ,ראי זרם ,מגבר דיפרנציאלי ומגבר מהפך (ראה עמ' .)4עד כה לא נותחו המגבר הדיפרנציאלי והמגבר המהפך .למרות זאת עדיין אפשר להבין את הניתוח של המגבר האופרטיבי. איור מס' : 2.11מגבר אופרטיבי ראשית נצייר את סכמת התמורה לאות קטן של המגבר (ללא הנגד Rוהקבל )Cעבור תדרים נמוכים .הסכמה מופיע באיור מס' .2.12לאחר סידור הרכיבים בצורה נוחה יותר מתקבלת הסכמה שבאיור מס' .2.13 איור מס' : 2.12סכמת התמורה לאות קטן של המגבר 13 איור מס' : 2.13סכמת התמורה לאות קטן של המגבר לאחר סידור הרכיבים נבצע ניתוח עבור המוד הדיפרנציאלי כלומר .V1 = -V2מתוך סימטריה ,ידוע ש : = VS1 = VS2קבוע ,לכן ניתן לחשב ש Vo/Vin -יהיה מהצורה: A0 = Vo/Vin = Vo/( V1-V2) = gm2gm5RIRII יציבות המגבר : בניסוי זה נחבר את המגבר כעוקב מתח: + Vo Vin - ])Vo = A(s)[Vin – Vo] => Vo/Vin = A(s)/[1+A(s כאשר ) A(sהוא ההגבר בחוג פתוח .במערכת עם משוב מסוג זה ,המערכת תהיה יציבה אם הערך המוחלט של הגבר החוג |) |A(jω)B(jωקטן מאחד כאשר הפאזה שווה ל( 180O -במקרה זה .(B(jω)= 1מסתבר שהמגבר שלנו אינו יציב מכיוון שההגבר גדול מאחד בזמן שהפאזה מתהפכת (כלומר מגיעה ל .)180o -בכדי להבטיח יציבות טובה למגבר ,עלינו להשיג phase marginמספיק גבוה ,ומבחינת ערכים כדאי לעבוד לפחות ב , 45o-ולרוב מומלץ אפילו .60o נשתמש בשיטה הנקראת קומפנסצית מילר ,לפיה נוסיף קבל ( CCבתחילה ללא הנגד )Rבין שתי דרגות המגבר .תגובת התדר של המגבר תהיה מהצורה : )Vo(s)/V2(s) = A0 (1 - s/z) / (1 - s/p1) (1 - s/p2 כאשר האפס הוא בחצי המישור הימני ,ושני הקטבים הם בחצי המישור השמאלי ,ומתקיים: z ≈ gm5 / CC ו- GB ≈ gm1 / CC והקטבים : p2 ≈ -gm5 / Cout ו- p1 ≈ -(gm5RIRIICC)-1 ניתן להראות ,כי בהנתן , z > 10GBמספיק שיתקיים |p2| > 1.22 GBעל מנת שלמגבר יהיה phase marginשל למעלה מ. 45o- 14 בטרנזיסטור MOSהפרמטר gmלא מספיק גדול ,ולכן עבור קיבול מוצא שקרוב בערכו לקיבול הקומפנסציה ,נקבל | z ≈ | p2ולא תתקיים הדרישה שציינו ,וכתוצאה מזה לא מתקבל phase marginגדול מספיק כדי להבטיח יציבות .הוספת נגד Rבטור לקבל תזיז את האפס ל z' -כאשר: z' = 1/[CC(1/gm2 – R)] >> z כתוצאה מכך ה phase margin -גדל ומייצב את המגבר. 15 פרק - 3דוחות הכנה דוח הכנה -ניסוי מס' 1 .3.1טרנזיסטור PMOS צייר גרף של הזרם כפונקציה של המתח של טרנזיסטור ( PMOSבעל )W/L = 60/4עבור שני המקרים הבאים : א IDS .כפונקציה של VGSכאשר VDSשווה ל -5V -ו VGS -משנה מ 0-ל.-5V - ב IDS .כפונקציה של VDSכאשר VGSמשתנה מ 0 -ל -5V -בקפיצות של .1V .3.2נגד אקטיבי א .איור מס' 3.2מציג מימוש של ארבעה נגדים אקטיביים בעזרת טרנזיסטורי NMOSכפי שמומשו ב .test chip -הנגדים R1עד ( R4שערכם (1.3Kohmנוספו למעגל על מנת שניתן יהיה למדוד את הזרם הזורם דרך הטרנזיסטורים עם הסקופ' בצורה נוחה. איור מס' : 3.2מימוש ארבעה נגדים אקטיביים בעזרת טרנזיסטורי .NMOS נתון ש .VTN = 0.6V -הנח ש.λ=0 - 3.2.1רשום את המשוואה שמתארת את הקשר בין IDלמתח הכניסה .בעזרת ( excelאו תוכנה אחרת) חשב את IDעבור VDD = 0,1,2,3,4,5Vאם נתון ש: W/L = 4µ/2µ .i W/L = 20µ/10µ .ii W/L = 60µ/10µ .iii W/L = 120µ/10µ .iv ניתן להציג את התוצאות בטבלה או בגרף. 3.2.2חשב את gmעבור VDS = 3Vכאשר: W/L = 20µ/10µ .i W/L = 120µ/10µ .ii 3.2.3 מה ההתנגדות של שני הנגדים של סעיף 3.2.2כאשר ? VDS = 3V 16 3.3מחלק מתח א .איור מס' 3.3מציג מימוש של שני מחלקי מתח בעזרת טרנזיסטורי NMOSו PMOS -כפי שמומשו ב .test chip -תפקיד הנגדים הוא כפי שהוסבר בסעיף .3.2 I I איור מס' :3.3מימוש שני מחלקי מתח בעזרת טרנזיסטורי .MOS נתון ש VTN = 0.6V :וVTP = -0.87V - 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 נתון ש WN/LN = WP/LP = 20µ/10µ :עבור ההתקנים של המחלק השמאלי באיור. חשב את הערך של . V8 עבור איזה יחס של WN/WPיתקבל ש V8=2.5V -אם נתון ש? LN = LP - נתון ש WN/LN = WP/LP = 20µ/10µ :עבור כל ההתקנים במחלק הימני .חשב את ערכם של ( V3 V2 V1כאשר V1מציין את המתח ב drain -של V2 ,M3מציין את המתח ב- drainשל ,M5ו V3-מציין את המתח ב drain -של .)M6על מנת להקל על החישובים, נזניח את אפקט המצע. נתון שההתנגדות המשטחית של פוליסיליקון שווה ל .20 Ω/□ -חשב את מספר הריבועים של פוליסיליקון הדרושים למימוש מחלק מתח בו זורם זרם כמו שזורם במעגל שבאיור הימני. 17 3.4מקור זרם פשוט א .איור מס' 3.4מציג מימוש של ארבעה מקורות זרם בעזרת טרנזיסטורי NMOSכפי שמומשו ב .test chip -תפקיד הנגדים הוא כפי שהוסבר בסעיף .3.2הטרנזיסטור העליון מהווה עומס אקטיבי למקור זרם. איור מס' : 3.4מימוש של ארבעה מקורות זרם בעזרת טרנזיסטורי NMOS נתון ש.VTN = 0.6V : 3.4.1בהנחה שהטרנזיסטורים פועלים בתחום הרוויה ,רשום ביטוי של ( Iבתחום הרוויה) עבור המקרים הבאים: W2/L2 = W1/L1 = 20µ /4µ .i W2/L2 = 40µ/10µ W1/L1 = 20µ /4µ .ii W2/L2 = 80µ/10µ W1/L1 = 20µ /4µ iii W2/L2 = 40µ/10µ W1/L1 = 80µ /4µ iv הערה W1/L1 :מתייחס לטרנזיסטור התחתון ו W2/L2 -לעליון. 3.4.2עבור כל המקרים של הסעיף הקודם חשב את הערך של Iאם נתון שVGG = 1.5V : (צומת .)30בסעיף זה עליך להזניח את .λ 3.4.3אם נתון ש , λ = 0.02 V-1 :חשב את התנגדות המקור Roעבור כל המקרים. 3.4.4מה ה VMIN -הצפוי עבור כל אחד מהמקרים הנ"ל ? על מנת להקל על החישובים ,נזניח את אפקט המצע. Ro IDO סעיף i ii iii iv 18 3.5מקור זרם עם נגד במשוב מקורות הזרם שמופיעים באיור מס' 3.5טוב יותר מהמקורות שבסעיף הקודם בכך שהוא בעל התנגדות Roגבוה יותר .הטרנזיסטור התחתון מממש נגד Rכפי שמופיע באיור .2.8תפקיד הנגדים הוא כפי שהוסבר בסעיף .3.2 איור מס' : 3.5מקורות זרם בעלי Roמשופר נתון ש VTN =0.6V :ו.λ = 0.02 - 3.5.1בהנחה שהטרנזיסטורים פועלים בתחום הרוויה ,רשום ביטוי של ( Iהזרם של כל מקור) עבור המקרים הבאים: W1/L1 = W2/L2 = 20µ /4µ . i W1/L1 = 80µ/4µ W2/L2 = 20µ /4µ .ii W1/L1 = 20µ/4µ W2/L2 = 80µ /4µ .iii W1/L1 = 80µ/4µ W2/L2 = 80µ /4µ .iv הערה W1/L1 :מתייחס לטרנזיסטור התחתון ו W2/L2 -לעליון( .בסעיף זה ,הזנח את אפקט המצע ואת .)λ 3.5.2עבור כל המקרים של הסעיף הקודם חשב את הערך של Iבהינתן . VGG1 = 1.5Vבסעיף זה עליך להזניח את .λ 3.5.3חשב את הערך המינימלי של VGG2כפונקציה של VT1 ,VGG1ו.VT2 - 3.5.4עבור כל המקרים של הסעיף 3.5.1רשום ביטוי עבור VMINוחשבו את ערכו. 3.5.5אם נתון ש , λ = 0.02 V-1 :חשב את התנגדות המקור Roעבור כל המקרים. VMIN Ro IDO סעיף i ii iii iv 19 דוח הכנה -ניסוי מס' 2 3.6מקור זרם Cascode Current Sink : מקורות הזרם שמופיעים באיור מס' 3.6הם בעלי VMINנמוך יחסית למקורות בצורת .Cascode תפקיד הנגדים הוא כפי שהוסבר בסעיף .3.2 איור מס' : 3.6מקור זרם Cascode Current Sink : נתון ש VTN = 0.6V :ו VTP = -0.87V -ו.λ = 0.02 - 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.4 בהנחה שהטרנזיסטורים פועלים בתחום הרוויה ,חשב את ID3 ID2 ID1כאשר נתון ש: W/L = 80µ/4µעבור כל טרנזיסטור ה( N -חוץ מ )N2 -ו W/L = 80µ/4µ -עבור טרנזיסטורי ה .PMOS -עבור .W/L = 20µ/4µ N2בסעיף זה עליך להזניח את .λמימדי כל הטרנזיסטורים כפי שמתואר בסעיף ( 2.4עמ' .)10על מנת להקל על החישובים ראשית חשב את ID1והזנח את אפקט המצע. בהנחה שהטרנזיסטורים פועלים בתחום הרוויה ,חשב את ID3 ID2 ID1כאשר נתון ש: W/L = 120µ/4µעבור כל טרנזיסטור ה( N -חוץ מ )N8 -ו W/L = 120µ/4µ -עבור טרנזיסטורי ה .PMOS -עבור .W/L = 30µ/4µ N8בסעיף זה עליך להזניח את .λ מימדי כל הטרנזיסטורים כפי שמתואר בסעיף ( 2.4עמ' .)10על מנת להקל על החישובים ראשית חשב את ID1והזנח את אפקט המצע. עבור שני הסעיפים הקודמים ,חשב את הערך של התנגדות המקור .Roנתון ש Ro -חולץ מסכמת התמורה והוא שווה ל. gm6rds6rds5 - חשב את VMINשל שני המעגלים. 20 3.7מגבר אופרטיבי באיור מס' 3.7מופיע מגבר אופרטיבי. איור מס' : 3.7מגבר אופרטיבי. נתון ש VTN = 0.6V :ודרוש ש A0=33200 ,ID1=8µA ,ID8= ID5=80µA :וGB=10Mhz - (מכפלת הגבר רוחב סרט). 3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4 3.7.5 3.7.6 3.7.7 M9 10µ בעזרת סכמת התמורה שמופיע באיור ,2.13הוכח את נכונות הביטוי ל A0 -בעמ' מס' .12 מה הערכים של RIו? RII - אם נתון ש( VT9=1.25V ,W8/L8 = 10µ/10µ -בשל אפקט מצע) L9=10µ ,חשב את .W9 מתוך דרישות הזרם ,חשבו את W6/L6ואת .W7/L7 נתון ש .GB = gm1/CC -עבור CC=7pFחשב את ( .W1/L1שים לב כי מטעמי סימטריה .) W1/L1=W2/L2 נתון ש λ = 0.01 :עבור כל הטרנזיסטורים .כידוע ,gds = λ·ID ,מתוך הדרישה עבור ,A0 חשב את .W5/L5 נאלץ VGS3להיות שווה ל VGS5 -ע"י קיום התנאי .W3/L3 = W5I3/L5I5 ידוע ש I6 = I5 :וש .I4 = I3 -בנוסף לכך ,מטעמי סימטריה W3/L3=W4/L4ולכן ניתן לרשום את התנאי הנ"ל בצורה .W4/L4 = W5I4/L5I6 : ידוע גם ש.I7/I8 = (W7/L7)/(W8/L8( , I6 = I8 , I4 =0.5 I7 - ולכן.W4/L4 = 0.5(W5/L5)(W7L6/W6L7( = 0.5(W5/L5)(I7/I6( - מכן חשב את W4/L4ואת . W3/L3 בעזרת התוצאות הנ"ל ,מלא את הטבלה הבאה: M8 10µ 10µ M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 50µ 10µ 10µ 25µ 25µ 10µ 10µ W L 21 פרק - 4תיאור של כלי Cadence במהלך הניסוי ,נבצע סימולציות אנלוגיות בעזרת כלי .Cadenceלמרות שאין צורך לצייר סכמות או ,layoutמובא כאן הסבר קצר גם על כלי אלה. להפעלת כלי cadenceיש להריץ : icfb5141 4.1שרטוט סכימת המעגל על מנת לבנות סכמה חדשה עליך ללחוץ על . File->New->Cellviewcadence : library : cell nameשם של התא החדש. schematic :view name composer - schematic : tool יפתח חלון שבאמצעותו תוכל לצייר את המעגל שלך. יש ללחוץ על OKלאישור .עתה יופיע חלון חדש המיועד לשרטוט סכמות חשמליות: בשלב הבא 'נצייר' את המעגל המכיל מספר אלמנטים. בכדי להוסיף רכיבים חדשים למעגל ,יש להשתמש בפקודה ( add componentאו icon מתאים). בחלון שמתקבל לחץ על .browser בחלון שנפתח בחר בספרית .NCSU_Analog_Partsבתוך ספריה זו ניתן למצוא את כל הרכיבים האנלוגיים וכן מקורות מתח למיניהם. הרכיבים הרלוונטיים למעגל הם: טרנזיסטור pmosבעל 4הדקי חיבור טרנזיסטור nmosבעל 4הדקי חיבור מקור DCלVdd - חיבור לאדמה קבל מקור מתח חילופין pmos4 nmos4 vdc gnd cap vsin 22 לאחר הבחירה יש לעבור לחלון ה schematics -ולגרור את החלק למקום הרצוי ,ובאורינטציההרצויה ( ,)sideways , upside down , rotateלחץ על F3על מנת לקבל אפשרויות אלה. בעזרת הכפתור השמאלי ניתן למקם את הרכיב. בכדי לעבור לפקודה הבאה יש ללחוץ על . Escבכדי לחבר בין הרכיבים יש להשתמש בפקודה ( add wireאו iconמתאים) ,לחיצה ראשונה על הכפתור השמאלי ממקמים את הנקודה הראשונה של הקו ,יש 'לגרור' את הקו ללא לחיצה על כפתורי העכבר עד למקום הרצוי לסיום הקו .לחיצה כפולה על הכפתור השמאלי ,תסיים את הקו. לאחר שרטוט המעגל כולו יש לקבוע/לשנות את ערכי הפרמטרים של כל הרכיבים המשורטטים (ערכי המתחים ,גדלי הטרנזיסטורים ,וערך הקבל) ,בחר ב , edit properties object -סמן את האלמנט הרצוי ולחץ על הכפתור השמאלי.דוגמא לחלון propertiesשל טרנזיסטור :pmos לאחר עדכון כל ערכי הרכיבים יש לבצע שמירה של המעגל ע"י .design check & save 23 הערה חשובה :את הטרנזיסטורים יש למקם כך שהכיוון ה source -שלהם יהיה נכון! (הסימולטור אינו רואה את הטרנזיסטור כסימטרי). על הסכמה שלך להכיל רק את האלמנטים שבמעגל ,כלומר טרנזיסטורים ,נגדים ,קבלים וחיבורים ל vdd -ול .gnd -יש להוסיף pinעבור כל כניסה ויציאה של המעגל. הוספת - pinבחר ב .Add->Pin -בחלון שנפתח רשום שם ה ,pin -בחר את כיוונו וסובב אותו במידת הצורך .הבא את הסמן למקום שבו אתה רוצה למקם את ה pin -ולחץ על כפתור העכבר. מקורות שדרושים בביצוע סימולציות נוסיף בהמשך .כעת נבנה symbolלמעגל. בנית - Symbolכדי שאפשר יהיה להשתמש במעגל כתא בסכמה ברמת היררכיה גבוהה יותר צריך לבנות למעגל .Symbolניתן לעשות זאת בעזרת .Design->Create Cellview->From Cellview בחלון שנפתח ,בקש את הכניסות ואת היציאות על הצלעות הרצויות ולחץ על .OK רצוי מאד להפריד בין האלמנטים של המעגל לאלמנטים שנחוצים להרצת הסימולציות .לכן ,על מנת לסמלץ את המעגל שציירת ,בונים סכמה חדשה שמכילה את ה symbol -של המעגל שבנית ואת כל המקורות הנחוצות לסימולציה .חייב להופיע גם מקור בשם vdcשאליו מחוברים ה- vdd : symbolsו .gnd -בעזרת מקור זה קובעים את מתח ההספקה של המעגל. דוגמא של מעגל (ללא מקורות) : דוגמא למעגל מיועד לסימולציה: 24 דוגמא לפרמטרי מקור מתח :AC 25 4.2סימולציה Cadenceמספקת מספר תוכניות לסימולציות אנלוגיות .בניסוי זה נשתמש ב.SpectreS - ניתן לבצע מספר סוגי סימולציה: .1סימולצית ( DC Sweepשינוי מקור מתח כניסת ה DC-למעגל). .2סימולציה בזמן .Transient - 26 .3סימולציה בתדר .AC - אופן עבודת הסימולטור: גם אם לא נבחר באף אחת שלשת האפשרויות הנ"ל של סימולציה ,ונבצע הרצה של הסימולטור, יבוצעו מיד שתי הפעולות הבאות: א .יצירת netlistשל המעגל (קובץ spiceהמתאר את פרמטרי הרכיבים במעגל והחיבוריות ביניהם). ב .ביצוע אנליזת ' 'DCלקביעת נקודות העבודה במעגל. כדי לפתוח את הסימולטור יש לבצע את המהלך הבא: Tools analog environment יפתח החלון הבא: כדי להפנות את הסימולטור למודלים הרצויים של הטרנזיסטורים יש לבצע: Setup modelpathולהגדיר את מיקום קבצי המודלים. אנליזת נקודות עבודה : DC יש לבצע בחלון הסימולטור: Simulate Run כדי להציג את תוצאות הסימולציה על גבי הסכימה יש לבצע: Results annotate DC operating points (כדי לחזור להצגת ערכי הטרנזיסטורים )Results annotate Restore defaults - לביצוע אנליזת :AC יש לבצע בתפריט הסימולטור: Analysis choose יש לבחור ב AC -ולמלא את תחום התדרים הרצוי לצורך הסימולציה: 27 לאחר מילוי הפרטים יש ללחוץ O.Kלאישור ,ובחלון הסימולטור יש לבצע : Simulation Run (באופן דומה ניתן לבצע אנליזת Transientכאשר הפעם יש למלא את הערך התחתון והעליון של סקלת הזמן וכן את אינטרוול הזמן לדגימת התוצאה). הצגת תוצאות: בחלון הסימולטור יש לבצע Tools calculator 28 יפתח החלון הבא: להצגת תוצאות אנליזת :DC sweep בחר ב vs -עבור מתח או isעבור זרם ,לאחר מכן את הצומת הרצוי ולבסוף לחץ על .plot להצגת תוצאות אנליזת :AC בחר ב vf -עבור מתח או ifעבור זרם ,לאחר מכן את הצומת הרצוי (יציאה) ובחר 20dbאו phase בהתאם לצורך ,לבסוף לחץ על .plotכעת יפתח חלון waveformובו הגרף המבוקש( .כדאי מאד להציג את הצירים בסקלה לוגריתמית בחלון ה waveform -יש לבצע, axis x axis log : וכנ"ל עבור ציר .)y להצגת תוצאות אנליזת :Transient בחר ב vt -עבור מתח או itעבור זרם ,לאחר מכן את הצומת הרצוי ולבסוף לחץ על .plot Save and Load State ניתן לשמור את מצב הסימולטור ב state -בעזרת הפקודה .session save stateבמהלך הניסוי, במקום להגדיר את ה model path -ואת סוג האנליזה ,כל פעם מחדש ,אנו נטען את הנתונים לסימולטור בעזרת הפקודה .session load state מציאת ה gm -של הטרנזיסטור מתוך הסימולציה לאחר הרצה הסימולציה בחר ב .Tool Results Browser -בחלון שנפתח בחר בopBegin- - .infoבחר בטרנזיסטור (או בבלוק שמכיל את הטרנזיסטור עד שתגיע לטרנזיסטור) .יופיעו כל הפרמטרים של הטרנזיסטור .להצגת הערך בחר בפרמטר ,לחץ על הכפתור הימני ובחר ב.Table - 29 4.3שרטוט LAYOUT סעיף זה מתאר בקצרה ציור .LAYOUT יש לבצע את הפקודות הבאות בתפריט הראשי: על מנת לבנות layoutחדש עליך ללחוץ על . File->New->Cellviewcadence : library : cell nameשם של התא החדש. layout :view name virtuoso : tool יפתח חלון שבאמצעותו תוכל לצייר את המעגל שלך. יש ללחוץ על OKלאישור. עתה יופיע חלון לשרטוט ,Layoutוכן חלון נוסף המהווה את התפריט לשכבות השונות (,)LSW ראה דוגמא בהמשך. חשוב :ראשית עליך לוודא שהסריג איתי אתה עובד מתאים לטכנולוגיה .הרזולוציה של הסריג צריך להיות חצי .lambdaלדוגמא ,עבור תהליך של lambda=0.8u ,1.6uוהסריג יהיה .0.4uניתן לקבוע הרזולוציה של הסריג בעזרת הפקודה : Design->Options->Display הוספת פוליגון :בוחרים את השכבה הרצויה בחלון .LSWבוחרים בפקודה : Create-polygon or Create-rectangle ומציירים את הצורה. תחת תפריט Editקיימות כל הפקודות הרגילות שדרושות לביצוע עריכה כגון: … move, delete, stretch, undo בדרך כלל יש לבחור צורה לפני שמבצעים עליה פעולה .בחירת הצורה מתבצעת עם הכפתור השמאלי של העכבר. מרחקים ניתן למדוד בעזרת סרגל המופיע ב icon -התחתון ביותר ,יש לסמן את נקודת התחלת המדידה ע"י לחיצה בודדת על הכפתור השמאלי בעכבר' ,לגרור' ללא לחיצה את הסרגל עד לנקודה הרצויה ולסיים את המדידה ע"י לחיצה בודדת נוספת על הכפתור השמאלי בעכבר. בסיום פעולת המדידה יש ללחוץ על Escכדי להמשיך בפעולות אחרות. כדי לבטל את הצגת הסרגלים (אם הם מפריעים) יש לבצע: misc clear rulers בסיום העריכה עליך לבצע .save 30 :Layout -דוגמא למסך המתקבל בעת העבודה ב The layers used in the experiment: pwell nwell active = diffusion area nselect = defines the active area as n+ pselect = defines the active area as p+ poly = polysilicon (transistor gate) elec = another layer of polysilicon on top of the thick oxide metal1 = used for connection between layers and for access to the ‘outer’ world (pins) cp = contact between metal1 and poly ca = contact between metal1 and active ce = contact between metal1 and electrode 31 פרק - 5ביצוע הניסויים הערות מקדימות: בספריה הוכנו מראש קבצים עבור מרבית הרכיבים הנדרשים. לפני עזיבת המעבדה ,יש להראות את התוצאות למנחה. הדו"ח הסופי: עבור הדו"ח הסופי יש להדפיס: כל הסכמות ,גרפים של הסימולציה ושל המדידות. צורות גל של הסימולציות. לכך יש להוסיף: דוחות מכינים. תשובות בעברית לכל השאלות הנשאלות בחוברת ,במהלך הניסויים ,וכן הסברים נדרשים. הדגשות והסברים על התדפיסים ,במידה ואלו נראים כנדרשים. את הדוח הסופי יש להגיש בתוך שבועיים ממועד המעבדה האחרונה ,כשהוא ערוך ,מסודר וכרוך בצורה סבירה ונוחה לקריאה. סדר הדוח: דוח מכין לניסוי .1 דוח מכין לניסוי .2 דפי תשובות והסברים לגבי ניסוי .1 דפי תשובות והסברים לגבי ניסוי .2 תדפיסים מניסוי ,1בהתאם לסדר חלקי הניסוי. תדפיסים מניסוי ,2בהתאם לסדר חלקי הניסוי. 32 ביצוע ניסוי מס' 1 הערה :במהלך הניסוי עליך להיעזר בהסברים על הסימולציות אנלוגיות. הפעלת המכשירים רב מודד ) : (DVMהדלק את המכשיר .לחץ על כפתור ה DC -על מנת שנוכל למדוד מתח .DC מחולל אותות :הדלק את המחולל .עבור רוב הסעיפים דרוש אות מחזורי בצורת משור .לחץ על הכפתור עם ציור של משור ).(ramp יש ללחוץ על כפתור ה( output -להדליק אותו) על מנת להפעיל את הדק הפלט. לחץ על כפתור ה utility -ואז על הכפתור שמתחת ל .output/setup -וודא שהוא מכוון ל- HighZולחץ על .Done תדר :לחץ על כפתור על freq/periodלקביעת התדר וודא שהוא נמצא במצב ( freqלחיצהנוספת על הכפתור מעבירה מצב) .הקלד 10ולחץ על הכפתור מעל היחידות .KHZ אמפליטודה :לחץ על הכפתור שמתחת amp/hilevelודא שהוא נמצא על מצב .hilevelהקלד 5ובחר ביחידות .V :offsetלחץ על כפתור offset/lolevelוודא שהוא נמצא במצב .lolevelלחץ על " "0ובחר ב.V-לחץ כעת על כפתור ה .output -ודא שהוא דלוק ,אחרת לא יתקבל אות ביציאה. אוסילוסקופ' :הדלק את הסקופ' .חבר את יציאת המחולל לכניסת ה .X -לחץ על הכפתור auto .scaleפעולה זאת מציגה את האות בסקלה הנכונה על המסך .ודא שמתקבל אות משור בעל אמפליטודה ,5Vתדר של 10KHzו offset -של .2.5V שמירת גרף :הכנס disk on keyלמקומו במכשיר ,לחץ על Save/Recallואז לחץ על .Save כמובן נין לשלוט על שם הקובץ ופורמט השמירה. ביצוע מדידות על גרף :לחץ על ,Quick Measureואז על הכפתור שמתחת ל .Select -בחר המדידה שהינך צריך לבצע ולחץ על הכפתור שמתחת ל.Measure - ספק :הדלק את המכשיר .בחר ביציאה מס' 3בעזרת הכפתור ( output selectיש ללחוץ על כפתור זה עד שהחץ מעל המספרים מגיע לספק שברצונך לבחור) .לחץ על VSETלקביעת מתח הספק. הקלד 10ולחץ על .enterהכרטיס מקבל מתח של .10Vמתח זה מגיע לווסת שהופך אותו ל.5V - לחץ על ISETהקלד 0.015ולחץ על enterלקביעת זרם מרבי של .15mAחבר את הספק ל- DVMוודא שמתח היציאה אכן שווה ל 10V -ושמתח ביציאת הוסת שווה ל.5V - חשוב :בכל סעיף וודא שמקור שמתח (עם הגבלת הזרם) מחובר לכרטיס. .1טרנזיסטור PMOS אAnalysis . IDS - DC Sweepכפונקציה של VGS פתח את המעגל .ptransistor הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם ptranAשל ptransistorבעזרת session->load stateבחלוןהסימולציה. לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה .dc -ניתן לראות שה state -הגדיר ביצוע שלסימולצית DCכאשר המתח של VGSמשתנה מ 0 -ל .-5V -סגור את החלון. לחץ על ( simulation->runאו הרמזור הירוק) לביצוע האנליזה.כאמור ,סימולציה זאת מבצעת sweep analysisכלומר ,משנה את מתח המקור מ 5V -ל0 - ומציגה את הזרם כפונקציה של המתח. -פתח חלון ה calculator -בעזרת .Tools->Calculator 33 לחץ על כפתור ה swept_dc -ואז על isבחלון ה .calculator -בחר בהדק ה drain -של כלהטרנזיסטור. .G111לחץ על כפתור ה( plot -הכפתור עם הגרף האדום) בחלון ה .calculator -הוסף את הגרף לדו"ח. .Q111באיזה תחום נמצא הטרנזיסטור ? .Q112השווה את התוצאה עם החישוב התאורטי .הסבר. סגור את חלונות הסימולציה.ב IDS - DC Sweep Analysis .כפונקציה של VDS הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם ptranBשל ptransistorבעזרת session->load stateבחלוןהסימולציה. לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה .dc -ניתן לראות שה state -הגדיר ביצוע שלסימולצית DCכאשר המתח של VDSמשתנה מ 0 -ל .-5V -סגור את החלון. לחץ על .Tools->Parametric Analysisבשדה Variable Nameרשום .VGב From -רשום 0וב To -רשום .5ב Total Steps -רשום .6לחץ על .Analysis->Startהכלי יריץ 6סימולציות עם VGשונה עבור כ"א. פתח חלון ה calculator -בעזרת .Tools->Calculator לחץ על כפתור ה swept_dc -ואז על isבחלון ה .calculator -בחר בהדק ה drain -של כלהטרנזיסטור. .G121לחץ על כפתור ה( plot -הכפתור עם הגרף האדום) בחלון ה .calculator -הוסף את הגרף לדו"ח. .Q121השווה את התוצאה עם החישוב התאורטי. -סגור את חלונות הסימולציה. חשוב מאד :בכל סעיף של ביצוע מדידות יש לחבר את מתחי ההספקה לכרטיס. קבע את המתח ואת הזרם המרבי של הספק (כפי שהוסבר בסעיף "הפעלת המכשירים") לפני שאתה מחבר את הספק לכרטיס!! ג .מדידות IDSכפונקציה של VGS חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 10KHzלהדק מס' 18) (gateעל הכרטיס. חבר את הגששים של הסקופ' להדקים מס' 19ו.(drain) 6- חבר מתח של 0Vלהדק מס' ( 19קצה שני של הנגד). לחץ על כפתור auto scaleעל הסקופ' .ערוץ Xמציג את מתח המקור ,וערוץ Yאת המתחבהדק השני של הנגד .ההפרש ביניהם חלקי ערך הנגד (כ )1.3 KΩ -מהווה את הזרם בטרנזיסטור. הצג את זרם כפונקציה של הזמן ע"י חישוב ההפרש המתח על שני הערוצים .ראשית לחץ עלהכפתור mathובחר באפשרות .X-Yכעת ניתן לכבות את ערוצים Xו .Y -ידוע שהמתח עולה בצורה ליניארית עם הזמן ולכן ניתן להסתכל על הגרף שמתקבל כגרף של זרם כפונקציה של מתח. ניתן לכוון את הסקלה האופקי כל שכל משבצת ( )10usמייצגת .1V הערה :אם צורת הגל רועדת ,לחץ על הכפתור singleבצד ימין של הסקופ' . .G131הוסף את הגרף לדו"ח. .Q131השוואה עם הגרפים של הסעיף הסימולציות וחישובים התיאורטיות .ניתן לדעת מה הערכים המדויקים של הגרף X-Yעל הצגת סמן ע"י לחיצה על כפתור ה cursor -שניתן להזיז באמצעות הכפתור הסמוך. ד. מדידות IDSכפונקציה של VDS חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 10KHzלהדק מס' ( 19קצה שלהנגד) על הכרטיס. חבר את שני הערוצים של הסקופ' להדקים מס' 19ו.6-34 חבר מתח של 0Vלהדק מס' .(gate) 18 לחץ על כפתור auto scaleעל הסקופ' .ערוץ אחד מציג את מתח המקור ,והערוץ השני אתהמתח בהדק השני של הנגד .הצג בסקופ' את חיסור בין שני הערוצים .גרף זה מייצג את הזרם דרך הנגד עד כדי חלוקה בהתנגדות שלו. .G141צרף את הגרף לדו"ח. .G145 – G142חזור על הפעולה עבור המתחים ( 1,2,3,4,5Vעל צומת .(18 .Q141השוואה עם הגרפים של הסעיף הסימולציות וחישובים התיאורטיות. .2נגד אקטיבי אDC Sweep Analysis . פתח את המעגל actres הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם actresשל actresבעזרת session->load stateבחלון הסימולציה. לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה .dc -ניתן לראות שה state -הגדיר ביצוע שלסימולצית DCכאשר המתח של V1עולה מ 0 -ל .5V -סגור את החלון. לחץ על ( simulation->runאו הרמזור הירוק) לביצוע האנליזה.כאמור ,סימולציה זאת מבצעת sweep analysisכלומר ,משנה את מתח המקור מ 0 -ל5V - ומציגה את הזרם כפונקציה של המתח. פתח חלון ה calculator -בעזרת .Tools->Calculator לחץ על כפתור ה sweep_dc -ואז על isבחלון ה .calculator -בחר בהדק ה drain -של כלהטרנזיסטור. .G211לחץ על כפתור ה( plot -הכפתור עם הגרף האדום) בחלון ה .calculator -צרף את הגרף לדו"ח. .G214 - G212חזור לחלון הסכמה .בחר בטרנזיסטור .בחר בEdit->Properties->Objects - (או לחץ על " .)"qבחלון שנפתח ניתן לשנות את מימדי הטרנזיסטור .שנה את גודל הטרנזיסטור חזור על הפעולות הנ"ל עבור כל יתר המקרים שבדו"ח ההכנה .הערה :הכלי אינו קולט ערך של .120uעבור מקרה זה ,רשום 300בשה של .grid units .Q211השווה את התוצאות עם החישובים התאורטיים. כעת יש למצוא את הערך של gmעבור שני המקרים שבהם W=20µו W=60µ -כאשר .VDS=3Vהכלי נותן את הערך של gmכאשר תנאי המעגל נקבעים ע"י מתח ה dc -של המקור שבמקרה שלנו הוא .5Vעל מנת למצוא את הערך של gmעבור ,VDS=3Vיש לבצע סימולציית DC (עם שמירת נקודות העבודה) עם מתח dcשל המקור שיגורם שמתח ה VDS -על הטרנזיסטור יהיה .3V .Q212בעזרת הגרפים של הזרם שקיבלת בסעיף הקודם ,מצא איזה מתח dcיגרום לכך שמתח ה VDS-יהיה כ 3V -עבור שני המקרים (כלומר עבור המקרים ש W=20µ -ו .)W=60µ -הסבר כיצד מצאת את מתח ה?dc - שנה את מתח ה dc -של המקור בהתאם והרץ שוב את שתי הסימולציות .ראשית תקן את מימדי הטרנזיסטורים בעזרת .Edit->Propertiesשנית בחר את מקור המתח ושוב לחץ על בEdit- - >Propertiesושנה את המתח ל -למתח שמצאת במקום .5Vהרץ את הסימולציה( .ה gm -מחושב בניתוח ה dc -של המעגל). .Q213רשום את ה gm -שהתקבל בשני המקרים (לקבלת ה gm -לחץ על הTools->Results - ,Browserבחר ב opBegin-info -וב ,N0 -לחץ על gmעם הכפתור בימני ובחר ה.)table - ב .ביצוע מדידות של הזרמים חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 10KHzלהדק מס' 1עלהכרטיס. חבר את הגששים של הסקופ' להדקים מס' 1ו.2- לחץ על כפתור auto scaleעל הסקופ' .כוון את הסקלה האופקי כל שכל משבצת ()10usמייצגת .1V 35 .G221צרף את הגרף לדו"ח. ניתן למצוא מה הערכים המדויקים של הגרף X-Yעל הצגת סמן ע"י לחיצה על כפתור הcursor - שניתן להזיז באמצעות הכפתור הסמוך. .G222 - G224חזור על הפעולות האלה עבור כל ארבעת המקרים שבדו"ח ההכנה .שים לב שההדקים עבור יתר המקרים הם כפי שמופיע באיור ( 3.2כלומר צמתים 4 ,3ו 5 -במקום .)2צרף את הגרפים לדו"ח. .Q221השוואה עם הגרפים של הסעיף הסימולציות וחישובים התיאורטיות. .Q222האם הזרמים עבור W/L = 4µ/2µועבור W/L=20µ /10µזהים ? הסבר. -סגור את חלונות הסכמה והסימולציה. .3מחלק מתח אDC Analysis . פתח את המעגל .voldiv_simשים לב שהפעם המעגל מוגדר כתא נפרד voldivוהמקורותמופיעים בהררכיה שמעל .לחץ על " "Xובחר בתא voldivולחץ על .OKפעולות זאת מציגה את התוכן של התא .voldivלחץ על " "Bכדי לחזור לרמה הקודמת. הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם voldiv_simשל voldiv_simבעזרת session->load stateבחלוןהסימולציה. בחר ב .Analysis->Choose -בחר ב tran -וכבה את הכפתור ( Enabledאם הוא לחוץ) לחץ על.OK לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה .dc -ניתן לראות שה state -הגדיר ביצוע שלסימולצית .DCסגור את החלון .קיימת הגדרה של סימולציה נוספת (ראה סעיף הבא). בחר במקור ,V4ולחץ על .edit-propertiesשנה Voltage1ל ,5V -ועל .OK לחץ על ( simulation->runאו הרמזור הירוק) בחלון הסימולציה לביצוע האנליזה. בחר ב .Results-Annotate-DC node voltages -פעולה זאת רושמת את המתחים שלהצמתים על הכמה .ניתן לרדת לתוך המעגל ע"י בחירת Design->Hierarchy->Descend Edit בחירת ה voldiv -ולחיצה על ( .OKחוזרים למעלה עם .)Design->Hierarchy->Return .Q311מה המתחים V2 ,V1,V0ו V3 -והזרמים בשני ענפי המעגל ? כעת נשנה את מתח הכניסה מ 0 -ל .5V -בחר ב .Analysis->Choose -לחץ על dcואז על .component parameterלחץ על .OK בצע אנליזת dc sweepבעזרת .simulation->run בעזרת ה calculator -הצג גרף של המתחים V2 ,V1,V0ו.V3 - .G311צרף את הגרפים לדו"ח. .Q312האם המתחים משתנים באופן ליניארי ? .Q313מה הזרם בשני הענפים ? בTransient Analysis . בסעיף הקודם ביצענו ,dc sweep analysisכלומר שינינו את המתח מ 0 -עד 5ועבור על ערך של מתח חושב הזרם עבורו .הפעם נשנה את המתח מ 0 -עד 5Vכפונקציה של הזמן ונדפיס גרף של הזרם גם כפונקציה של הזמן: בחר ב .Analysis->Choose -בחר ב tran -ולחץ על הכפתור .Enabledלחץ על .OK בחר במקור V4בסכמה .בחר ב .Edit->Properties->Objects -שנה את הערך של Voltage1מ 5 -ל .0 -לחץ על .OK פעולה זאת מגדירה צורת גל של המתח שעולה מ 0 -עד ל 5V -ב.10ms - בצע אנליזת transientבעזרת .simulation->run פתח חלון ה calculator -ולחץ על כפתור ה .vt -כעת בחר בצומת V1ולחץ על .plot .G321הצג את הגרף של V2 ,V1,V0ו V3 -וצרף אותם לדו"ח. .Q321השווה את התוצאה עם הגרף שבסעיף הקודם .הסבר. -סגור את חלונות הסכמה והסימולציה. 36 ג .ביצוע מדידות של המתחים חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 100Hzלהדק מס' 9עלהכרטיס. חבר את הערוצים של הסקופ' להדקים מס' 7ו .8-לחץ על .auto scale .G331צרף את הגרפים לדו"ח. .Q331השוואה את הגרפים עם הגרפים של סעיף הסימולציות והחישוב התיאורטי . .4מקור זרם אSweep Analysis . פתח את המעגל source הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם sourceשל התא sourceבעזרת session->load stateבחלוןהסימולציה. לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה.dc - לחץ על simulation->runלביצוע האנליזה. פתח חלון הcalculator - לחץ על כפתור ה is -בחלון ה calculator -ואז לחץ על הדק ה drain -של הטרנזיסטור .N0 בעזרת ה calculator -הדפס גרף של הזרם כפונקציה של המתח. .G411צרף את הגרף לדו"ח. אם נניח שהמשוואה של הזרם בתחום הרוויה נתונה ע"י :)ID = ID0(1 + λVo .Q411בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע. (במקרה זה λמהווה למעשה את מקדם התקצרות התעלה ,שכן .)V=VDSמתוך הגרף ,מצא את .VMINבעזרת הערכים שמצאת ,חשב את .Ro .G412 - G414בצע סימולציות כפי שהוסבר לעיל עבור יתר המקרים שבדו"ח ההכנה .צרף את הגרפים לדו"ח. .Q412 - Q414מתוך הגרפים ,מצא את λ , VMIN ,ID0ו Ro -עבור יתר המקרים שבדו"ח ההכנה. ב .ביצוע מדידות חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 10KHzלהדק מס' 17עלהכרטיס. כוון מקור מס' 2ל 1.5V -וזרם מרבי של .10mAחבר את המקור להדק מס' 30על הכרטיס. חבר את הערוצים של הסקופ' להדקים מס' 17ו.20- הצג את עקום המתח-זרם כפי שעשית בסעיף .1 .G421צרף את הגרף לדו"ח. .Q421בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מצא גם את VMINואת .Ro חזור על הפעולות האלה עבור כל המקרים שבדו"ח ההכנה .שים לב שההדקים עבור יתרהמקרים הם כפי שמופיע באיור 3.3כלומר הדקים 22 ,21ו 31 -במקום .20 .G422 - G424צרף את הגרפים לדו"ח. .Q422 - Q424מצא את , λ ,VMIN, ID0ואת .Ro .Q425השווה בין החישוב התיאורטי הגרפים של סעיף הסימולציות ושל המדידות. .5מקור זרם עם נגד במשוב אSweep Analysis . -פתח את המעגל source2 37 הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם source2של התא source2בעזרת session->load stateבחלוןהסימולציה. לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה.dc - לחץ על simulation->runלביצוע האנליזה. פתח חלון הcalculator - בעזרת ה calculator -הדפס גרף של הזרם כפונקציה של המתח. .G511צרף את הגרף לדו"ח. אם נניח שהמשוואה של הזרם בתחום הרוויה נתונה ע"י :)ID = ID0(1 + λVo ו1/ λ *ID0 = R0 - תזכורת :השיפוע = λ*ID0 .Q511בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מתוך הגרף ,מצא את .VMINבעזרת הערכים שמצאת ,חשב את .Ro .G512 – G514בצע סימולציות כפי שהוסבר לעיל עבור יתר המקרים שבדו"ח ההכנה .צרף את הגרפים לדו"ח. .Q512 - Q514מתוך הגרפים ,מצא את λ , VMIN ,ID0ו Ro -עבור יתר המקרים שבדו"ח ההכנה. ב .ביצוע מדידות חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 10KHzלהדק מס' 23עלהכרטיס. כוון מקור מס' 2ל 1.5V -וזרם מרבי של . 10mAחבר את המקור להדק מס' 12על הכרטיס. כוון מקור מס' 1ל 3.3V -וזרם מרבי של . 10mAחבר את המקור להדק מס' 33על הכרטיס. חבר את הערוצים של הסקופ' להדקים מס' 23ו.27- הצג את עקום המתח-זרם כפי שעשית בסעיף .1 .G521צרף את הגרף לדו"ח. .Q521בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מצא גם את VMINואת .Ro חזור על הפעולות האלה עבור כל המקרים שבדו"ח ההכנה .שים לב שההדקים עבור יתרהמקרים הם כפי שמופיע באיור 3.4כלומר הדקים 11 ,28ו 24 -במקום .27 .G522 - G524צרף את הגרפים לדו"ח. .Q522 - Q524מצא את VMINואת .Ro .Q525השווה בין החישוב התיאורטי הגרפים של סעיף הסימולציות ושל המדידות. חשוב מאד :בכל סעיף של ביצוע מדידות יש לחבר את מתחי ההספקה לכרטיס. קבע את המתח ואת הזרם המרבי של הספק (כפי שהוסבר בסעיף "הפעלת המכשירים") לפני שאתה מחבר את הספק לכרטיס!! .6מקור זרם Cascodeבעל VMINמשופר אSweep Analysis . פתח את המעגל source3a הפעל את הכלי סימולציה בעזרת Tools-> analog environment - העלה את ה state -בשם source3aשל התא source3aבעזרת session->load stateבחלוןהסימולציה. לחץ על Analysis->Chooseואז על כפתור ה.dc - לחץ על simulation->runלביצוע האנליזה פתח חלון הcalculator - בעזרת ה calculator -הדפס גרף של הזרם (של ה drain -של הטרנזיסטור הימני העליון)כפונקציה של המתח. .G611צרף את הגרף לדו"ח. 38 אם נניח שהמשוואה של הזרם בתחום הרוויה נתונה ע"י :)ID = ID0(1 + λVo .Q611בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מתון הגרף ,מצא את VMINואת .Ro חזור על הפעולות הנ"ל עבור המעגל .source3b .G612צרף את הגרף לדו"ח. .Q613בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מצא גם את VMINואת .Ro ב .ביצוע מדידות חבר אות מחזורי העולה באופן ליניארי מ 0 -עד 5Vבעל תדר של 1KHzלהדק מס' 29עלהכרטיס. חבר את הערוצים של הסקופ' להדקים מס' 29ו .34-הצג את עקום המתח-זרם כפי שעשיתבסעיף .1 .G621צרף את הגרף לדו"ח. .Q621בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מצא גם את VMINואת .Ro חשוב :המתחים על שני הערוצים כמעט זהים ולכן ההפרש ביניהם קטן מאד .על מנת לקבל אות הפרש נוח יותר למדידה ,יש להגדיל את הרגישות של שני הערוצים עד ל .500mV/sq -העלאת הרגישות תגרום לכך שחלק מצורת הגל יגלוש מעבר למסך ,ולכן יש להוריד את מיקום הגל למינימום האפשרי על מנת לקבל מקסימום צורת גל בתוך המסך .לאחר השינויים האלה ,יש ללחוץ על singleכדי שהסקופ' יצייר את צורות הגל מחדש. חזור על הפעולות האלה עבור המעגל השני שבדו"ח ההכנה .שים לב שההדק עבור המקרההשני הוא כפי שמופיע באיור 3.5כלומר הדק 32במקום .34 .G622צרף את הגרף לדו"ח. .Q622בצע אקסטרפולציה של הגרף כדי למצוא את ID0ומצא את λמתוך השיפוע .מצא גם את VMINואת Roכפי שעשית בסעיף הסימולציות. .Q623השווה בין החישוב התיאורטי הגרפים של סעיף הסימולציות ושל המדידות. .7מגבר אופרטיבי א – Ac Analysis .ללא קומפנסציה פתח את המעגל ( opamp1_simהמגבר ללא הרכיבים Rו.)C- הפעל את ה.analog environment - העלה את ה state -בשם opamp1_sim_acשל התא .opamp1_sim_ac לחץ על simulation->runלביצוע האנליזת acשל המגבר .פתח חלון ה.calculator - בחלון ה calculator -לחץ על acואז על . vfכעת לחץ על צומת ( Voutבסכמה) ,ואז על V1ו- .V2לחץ על " "-כדי לקבל .V1-V2כעת לחץ על " "/על מנת לקבל את מתח היציאה חלקי V1- .V2כעת בחר בפונקצית ( absערך מוחלט) ואז בחר ב .20db -לחץ על Plotוהדפס גרף של ההגבר כפונקציה של תדר. .G711צרף את הגרף לדו"ח. .G712לחץ על . vfכעת לחץ על צומת ( Voutבסכמה) ,אבל הפעם בחר ב( phase -במקום absו- )20dbעל מנת לקבל את הגרף של הפאזה .צרף את הגרף לדו"ח. .Q711מהו ה? phase margin -האם המגבר יציב ? הסבר. ב - Ac Analysis .עם קבל ונגד קומפנסציה פתח את המעגל ( opamp2_sim_acהמגבר עם הרכיבים Rו.)C- הפעל את ה.analog environment - העלה את ה state -בשם opamp2_sim_acשל התא .opamp2_sim_ac חזור על הפעולות של סעיף א'. .G721 - G722צרף את הגרפים לדו"ח. 39 .Q721מהו ה ? phase margin -האם המגבר יציב ? הסבר. ג .מציאת מתח הoffset - במגבר אידיאל ,אם אין סיגנל acבכניסה אזי לא יהיה סיגנל ביציאה .במגבר אמיתי ,אם איןסיגנל בכניסה ,זה לא אומר שהיציאה בהכרח מאופסת .המתח בכניסה הדרוש על מנת לאפס את היציאה נקרא מתח ה .offset -העדר סיגנל בכניסה משמעו שקיים רק אות ה dc -כלומר 2.5V במקרה שלנו .מתח ה offset -יהיה הסטייה מ 2.5V -הדרושה לקבלת 2.5Vביציאה. פתח את המעגל .opamp2_sim_offלכניסת ה "-" :של המגבר נחבר מתח של 2.5Vולכנסתה ,"+" :מתח עולה מ 2.4V -עד ל .2.6V -נדרוש 1000נקודות ביניים למען הדיוק. הפעל את ה.analog environment - העלה את ה state -בשם .opamp2_sim_off לחץ על runלביצוע האנליזת dc sweepשל המגבר עם הרכיבים Rו.C- פתח חלון ה.calculator - לחץ על swept_dcועל vsובחר את צומת היציאה .לחץ על .plotלחץ על vsובחר את צומתהכניסה ,לחץ על .plotמצא את מתח ה offset -כלומר מה מתח הכניסה כאשר מתח היציאה שווה ל( 2.5V -צריך לבצע zoom inקרוב מאד לאיזור של .)2.5V .G731הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q731רשום מהו מתח ה offset -של המגבר. ד .מציאת ה slew rate -והsettling time - מחברים לכניסה אות ריבועי מחזורי .ביציאה גם מתקבלת אות מחזורי ריבועי אבל לא"אידיאלי" .נגדיר: : +slew rateשיפוע של אות היציאה בזמן שהאות עולה. : -slew rateשיפוע של אות היציאה בזמן שהאות יורד. : settling timeהזמן הדרוש לאות היציאה להגיע בטווח של 1%של ערכו במצב יציב. פתח את המעגל opamp2_sim_srהמכיל סכמה כפי שמופיע באיור .7.1+ Vin - איור מס' 7.1 שים לב שהכניסה הינו אות ריבועי בעל :מתח עליון = ,2.6Vמתח תחתון = ,2.4Vזמן עליה וירידה = ,10nsזמן השהייה = 2µsורוחב פולס= .20µs העלה את ה state -בשם opamp2_sim_srשל התא .opamp2_sim_sr בצע transient analysisלמשך 50 µsכפי שמוגדר ב.opamp2_sim_sr - .G741הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q741מתוך הגרף מצא את ה( slew rate -בעליה ובירידה) וה.settling time - ה .מציאת הinput common mode range - בסעיף זה ,נמצא מהו ה ,VICMR input common mode range -כלומר עבור איזה תחום שלמתחי Vc=(V+ - V- )/2ממשיך המגבר לעבוד בצורה הנכונה .על מנת לעשות זאת ,נבצע ( dc_sweepמ 0-ל )5V -של מתח הכניסה של המעגל בסעיף הקודם .עבור סימולציה זאת ,יש להשתמש באותה סכמה של הסעיף הקודם. 40 מכיוון שהמגבר מחובר בתצורה של עוקב מתח ,ה VICMR -יהיה תחום המתחים שעוברו היציאהעוקבת אחרי הכניסה. באותו חלון Analog Design Environmentשל הסעיף הקודם ,העלה את ה state -בשם opamp2_sim_icmrשל התא .opamp2_sim_sr בצע dc_sweepכפי שמוגדר ב.opamp2_sim_icmr - .G751הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q751מתוך הגרף מצא את ה VICMR -כלומר טווח המתחים שמתח היציאה עוקבת אחרי מתח הכניסה באון מדויק. הערה חשובה :סימולציית ה dc_sweep -נותן למעגל אין סוף זמן להגיע למצב מתמיד .לכן, מציאת ה VICMR -בדרך זאת נותנת רק הערכה גסה של ה .VICMR -ניתן למצוא את הVICMR - המדויק יותר ע"י הרצת סימולציות transientמתאימות. ו .סימולצית acבחוג סגור גם בסעיף זה מריצים באותו חלון Analog Design Environmentשל הסעיף הקודם .העלה את ה state -בשם opamp2_sim_acשל התא .opamp2_sim_sr בצע סימולציית acכפי שמוגדר ב.opamp2_sim_ac - .G761הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q761באיזה תדר יורד ההגבר ב? 3db - Layout פתח את התא .Chip-layoutלחץ על .shift Fבצע zoomלחלקים השנים של התא ועיין בlayout - של השבב. .8ביצוע מדידות הערה :קשה מאד לבצע מדידות על המגבר בחוג פתוח .ההגבר הגבוה במצב זה מיד מכניס את המגבר לרוויה .לכן כל המדידות בניסוי תבצענה בחוג סגור. א .מדידת ההגבר של המגבר ללא RC חבר את המגבר ללא נגד וקבל הקומפנסציה כפי שמתואר שאיור מס' 8.1+ Vin אויר מס' 8.1 הדק ה "+" -של המגבר הוא הדק 14על הכרטיס ,והדק ה "-" -הוא מספר .13הדק היציאההוא מס' .15חבר חוט המקצר בין היציאה ) (15ל ".(13) "- להדק הכניסה 14חבר אות סינוסי בעל תדר 10KHzואמפליטודה 0.05Vורמת DCשל lolevel=2.475V( 2.5Vו.)hilevel=2.525V - חבר את ערוצי הסקופ' לכניסה 14וליציאה .15לחץ על .auto-scale .G811הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q811הסבר מה רואים בגרף. ב .מדידת ההגבר של המגבר עם RCלתיקון הphase margin - חבר את המגבר עם נגד וקבל הקומפנסציה כפי שמתואר שאיור מס' 8.1 להדק הכניסה 16חבר אות סינוסי בעל תדר 10KHzואמפליטודה 0.05Vורמת DCשל .2.5Vחבר חוט המקצר בין היציאה ) (26ל ".(25) "- 41 חבר את ערוצי הסקופ' לכניסה 16וליציאה .26לחץ על .auto-scale .G821הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q821מה ההגבר ? מה הפאזה של היציאה לעומת הכניסה ? חזור על מדידת ההגבר ופאזה עבור התדרים:.10MHz, 5MHz, 1Mhz, 800KHz, 500Khz, 300KHz, 100Khz, 10KHz, 1KHz .Q822רשום את ההגבר והפאזה עבור כל אחד מהתדרים הנ"ל ? .Q823צייר גרף bodeשל ההגבר ושל הפאזה .באיזה תדר יורד ההגבר ב ? 3db -האם הגרפים דומים לתוצאות הסימולציה ? ג - .מדידת ה slew rate -וה - settling time -עם RC חבר את המגבר עם נגד וקבל הקומפנסציה כפי שמתואר באיור מס' 8.1 חבר מקור dcשל 10Vבעל מגבלת זרם של 15mAלהדק ה.Vdd - להדק הכניסה 16חבר אות ריבועי בעל תדר 10KHzואמפליטודה 0.2Vעם dc offsetשל .2.5Vחבר את גשש הסקופ' ליציאה .26 .G831הדפס וצרף את הגרף לדו"ח. .Q831מתוך הגרף מצא את ה( slew rate -בעליה ובירידה). -בשלב זה לא נמדוד את ה settling time -כי צריך להוסיף קבל מתאים לכרטיס. איור : 7.3ה layout -של הtest chip - 42 לפני עזיבת המעבדה ,יש להראות את התוצאות למנחה!! הדפסות ברוב עורכי הטקסט והחלונות בהם נעשה שימוש ,ניתן להדפיס בדומה למערכת חלונות ,בעזרת ,File → Printולחיצה על < >Enterללא שום שינויים או תוספות. כמו-כן ,ניתן להדפיס קובץ המוכר על-ידי המדפסת (טקסט או )PostScriptבעזרת הפקודה: lpr -Pbp filename 43
© Copyright 2024