Filtre cu capacitați comutate

Introducere

In aceasta lucrare voi prelucra date si voi face analiza circuitelor integrate si care folosesc capacitatile comutate.

Probabil cea mai acceptabila incercare de a realiza semnale analogice care sunt prelucrate in circuite MOS integrate sunt in intregime circuitele care folosesc capacitati comutate.Circuitele functioneaza ca procesor de timp discret(intotdeauna fara a folosi convertoare analog digitale sau digital analog).Pentru analiza lor se foloseste foarte usor transformata Z tipic folosita in analiza uno filtre.

In tehnolofia filtrelor Capacitatile comutate au devenit extrem de populare datorita acuratetii raspunsului in frecventala fel de bine si in regiunea liniara si dinamica.Acuratetea in timp discret a raspunsului in frecventa este obtinuta deoarece coeficientii filtrelor sunt determinati de marimea capacitatilor care pot fi usor ajustate in circuitele integrate.Odata ce coeficientii filtrelor discret cu capacitati comutate sunt bine determinati , raspunsul in frecventa al filtrului este determinat de frecventa ceasului.Din fericire frecventa ceasului poate fi foarte bine determinata.

In plus creind funcata de filtru , tehnica circuitele cu capacitati comutate poate fi utilizata pentru a realiza o varitate de blocuri procesatoare de semnal Cuma ar fi circuite cu castig variat, oscilatoare controlate in tensiune si modulatoare.

Capitolul I

Tranzistorul MOS integrat

1.1 Structura MOS

În figura 1.1. se prezintă o structură simplificată al unui dispozitiv MOS (NMOS) de tip n. Realizat pe un substrat de tip p (se numeşte de asemenea ,,bulk” sau ,,budy”), dispozitivul constă din două regiuni puternic dopate care formează teminalele sursă şi drenă, o porţiune de polisiliciu (poly) puternic dopată funcţionând ca poartă, şi o peliculă subţire de dioxid de siliciu (oxid) izolând poarta de substrat. Notăm că structura este simetrică

Fig.1.1 Structura dispozitivelor MOS

cu privinţă la sursă şi drenă.

Prin W s-a notat lăţimea porţii, Leff este lungimea efectivă a porţii, Leff=Ldrawn-2LD, unde Ldrawn este lungimea totală şi LD este suma părţilor difuzate. Leff şi grosimea porţii de oxid, tox, joacă un rol important în performanţele circuitelor MOS. Deaceea de la o generaţie la alta se urmăreşte reducerea acestor ambe dimensiuni fără degradarea altor parametri ai dispozitivului. În continuare se va nota lungimea efectivă cu L, care în 2001 a ajuns la 0.13 μm.

Structura MOS fiind simetrică nu putem considera terminalele sursă şi drenă ca fiind un singur terminal, deoarece sursa este definită ca terminalul care livrează purtători de sarcină (electroni în cazul NMOS) şi drena ca terminalul care îi adună.

Substratul pe care este realizat dispozitivul are un potenţial care influenţează mult caracteristica dispozitivului. Pentru că este cel de-al 4-lea terminal al dispozitivului MOS.

Întrucât în funcţionarea tipică MOS joncţiunea diodică sursă/drenă trebuie să fie polarizată invers, noi admitem că substratul tranzistorului MOS este conectat la cea mai negativă alimentare din sistem.

Conexiunea reală este de obicei asigurată printr-o regiune a unui contact

galvanic p+, descris ca în figura 1.2.

Fig.1.2 Conexiunea de substrat

În tehnologia complementară MOS (CMOS), ambele tranzistoare NMOS şi PMOS sunt utilizate. Dispozitivul PMOS este obţinut prin negarea a toate tipurile dopate (inclusiv substratul), (figura 1.3)., dar în practică, dispozitivul NMOS şi PMOS trebuie să fie realizate pe aceeaşi plăcuţă, acelaşi substrat. Din acest motiv, un singur tip de dispozitiv poate fi plasat într-un ,,substrat local” , de obicei denumit ,,well”- vană. În majoritatea proceselor CMOS de astăzi, dispozitivul PMOS este realizat într-un n-well

Fig 1.3 Dispozitiv PMOS simplu

Notăm că n-well trebuie să fie conectat la un potenţial astfel încât joncţiunea diodică S/D a tranzistorului PMOS să rămână invers polarizată sub toate condiţiile. În majoritatea circuitelor, n-well este legat la cea mai pozitivă tensiune de alimentare.

Fig 1.4 Tranzistorul NMOS si PMOS (cu n-well de separare)

Figura 1.4. indică o diferenţă interesantă între tranzistoarele NMOS şi PMOS: deşi toate NMOS-le împart acelaşi substrat, fiecare PMOS poate avea un n-well independent. Această flexibilitate a PMOS-lor este exploatată în unele circuite analogice.