1.4 Características NMOS

O circuito da Figura 1.9 é que foi usado para a caracterização dos transistores NMOS, tanto de \(1\ \mu m\) quanto \(50\ nm\). A diferença para uma e outra tecnologia é o valor das tensões máximas. Para \(1\ \mu m\), temos \(V_{DD}=5\ V\). Para \(50\ nm\), temos \(V_{DD}=1\ V\). O mesmo vale para os limites de \(V_{GS}\).

Figura 1.9: Circuito de caracterização de um NMOS.

1.4.1 Dependência com \(V_{GS}\), parâmetro \(V_{DS}\), \(L=1\ \mu m\)

Figura 1.10: \(I_{DS}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.11: \({g_{m}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.12: \(g_{{m}_{b}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.13: \({r_{o}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.14: \(V_{{DS}_{sat}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

1.4.2 Dependência com \(V_{GS}\), parâmetro \(V_{DS}\), \(L=50\ nm\)

Figura 1.15: \(I_{DS}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.16: \({g_{m}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.17: \(g_{{m}_{b}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.18: \({r_{o}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.19: \(V_{{DS}_{sat}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

1.4.3 Dependência com \(V_{DS}\), parâmetro \(V_{GS}\), \(L=1\ \mu m\)

Figura 1.20: \(I_{DS}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.21: \({g_{m}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.22: \(g_{{m}_{b}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.23: \({r_{o}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.24: \(V_{{DS}_{sat}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

1.4.4 Dependência com \(V_{DS}\), parâmetro \(V_{GS}\), \(L=50\ nm\)

Figura 1.25: \(I_{DS}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.26: \({g_{m}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.27: \(g_{{m}_{b}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.28: \({r_{o}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

Figura 1.29: \(V_{{DS}_{sat}}\ \text{vs. }V_{GS}\text{, param.: }V_{DS}.\)

1.4.5 Códigos de Simulação

Código de simulação (NGSpice) para o NMOS: \(1\ \mu m\), Parâmetro: \(V_{GS}\)

*** Capítulo 1
** Autor: Patrick Mendes dos Santos
** Caracterização do NMOS - 1u - R. J. Baker
** VBS: zero

*** Opcoes
.options savecurrents
.options filetype=ascii
.temp 25
.include ../modelos/cmosedu_models.txt

*** Circuito
**Componentes
* Usando o modelo de R. J. Baker
mn d g 0 b N_1u l={2*lambda} w={20*lambda} ad={6*lambda*wn} as={6*lambda*wn} pd={12*lambda+2*wn} ps={12*lambda+2*wn}
** Fontes
vdd d 0 dc vd
vgg g 0 dc 2
vbb b 0 dc 0
** Parametros
.param vd=5
.param lambda=500n
.param wn={20*lambda}
.end

.control
set color0=white
set color1=black
set wr_vecnames
set width = 4098
set wr_singlescale

save all @mn[id] @mn[ibs] @mn[gm] @mn[gds] @mn[gmbs] @mn[vdsat] 
                +@mn[cgs] @mn[cgd] @mn[cgb] @mn[cbd] @mn[cbs] 
                +@mn[vgs] @mn[vds] @mn[vbd] @mn[vbs]

echo "Realizando simulação variando tensão na porta Vgg."
let vdreno = 1
foreach vdreno 1 2 3 4 5
        echo "Realizando simulação variando tensão na porta Vgg para Vdd igual a"$vdreno"."
        alter @vdd[dc] = '$vdreno'
      dc vgg 0 5 1m
    let mn.id           = @mn[id]
    let mn.ibs      = @mn[ibs]
    let mn.gm           = @mn[gm]
    let mn.gds      = @mn[gds]
    let mn.gmbs     = @mn[gmbs]
    let mn.vsat     = @mn[vdsat]
    let mn.cgs      = @mn[cgs]
    let mn.cgd      = @mn[cgd]
    let mn.cgb      = @mn[cgb]
    let mn.cbd      = @mn[cbd]
    let mn.cbs      = @mn[cbs]
    let mn.vgs      = @mn[vgs]
    let mn.vds      = @mn[vds]
    let mn.vbd      = @mn[vbd]
    let mn.vbs      = @mn[vbs]  
    set arquivo =   {'carac_nmos_1u_vgg_vdd_'}{$vdreno}{'.dat'}
        wrdata $arquivo mn.id mn.ibs mn.gm mn.gds mn.gmbs mn.vsat 
                  +mn.cgs mn.cgd mn.cgb mn.cbd mn.cbs
                  +mn.vgs mn.vds mn.vbd mn.vbs
end
.endc

Código de simulação (NGSpice) para o NMOS: \(50 nm\), Parâmetro: \(V_{GS}\)

*** Capítulo 1
** Autor: Patrick Mendes dos Santos
** Caracterização do NMOS - 50n - R. J. Baker
** VBS: zero

*** Opcoes
.options savecurrents
.options filetype=ascii
.temp 25
.include ../modelos/cmosedu_models.txt

*** Circuito
**Componentes
* Usando o modelo de R. J. Baker
mn d g 0 b N_50n l={2*lambda} w={20*lambda} ad={6*lambda*wn} as={6*lambda*wn} pd={12*lambda+2*wn} ps={12*lambda+2*wn}
** Fontes
vdd d 0 dc vd
vgg g 0 dc 0.5
vbb b 0 dc 0
** Parametros
.param vd=1
.param lambda=50n
.param wn={20*lambda}
.end

.control
set color0=white
set color1=black
set wr_vecnames
set width = 4098
set wr_singlescale

save all @mn[id] @mn[ibs] @mn[gm] @mn[gds] @mn[gmbs] @mn[vdsat] @mn[vth]
                +@mn[cgs] @mn[cgd] @mn[cgb] @mn[cbd] @mn[cbs] 
        +@mn[cdd] @mn[cgg] @mn[css] @mn[cbb] @mn[capbd] @mn[capbs]
                +@mn[vgs] @mn[vds] @mn[vbs]

echo "Realizando simulação variando tensão na porta Vgg."
let vdreno = 1
foreach vdreno 0.2 0.4 0.6 0.8 1
        echo "Realizando simulação variando tensão na porta Vgg para Vdd igual a"$vdreno"."
        alter @vdd[dc] = '$vdreno'
      dc vgg 0 1 0.2m
    let mn.id   = @mn[id]
    let mn.ibs  = @mn[ibs]
    let mn.gm   = @mn[gm]
    let mn.gds  = @mn[gds]
    let mn.gmbs = @mn[gmbs]
    let mn.vsat = @mn[vdsat]
    let mn.vth    = @mn[vth]
    let mn.cgs  = @mn[cgs]
    let mn.cgd  = @mn[cgd]
    let mn.cgb  = @mn[cgb]
    let mn.cbd  = @mn[cbd]
    let mn.cbs  = @mn[cbs]
    let mn.cdd    = @mn[cdd] 
    let mn.cgg    = @mn[cgg] 
    let mn.css    = @mn[css] 
    let mn.cbb    = @mn[cbb] 
    let mn.capbd  = @mn[capbd] 
    let mn.capbs  = @mn[capbs]
    let mn.vgs  = @mn[vgs]
    let mn.vds  = @mn[vds]
    let mn.vbs  = @mn[vbs]  
    set arquivo =   {'carac_nmos_50n_vgg_vdd_'}{$vdreno}{'.dat'}
        wrdata $arquivo mn.id mn.ibs mn.gm mn.gds mn.gmbs mn.vsat mn.vth
                  +mn.cgs mn.cgd mn.cgb mn.cbd mn.cbs
                  +mn.cdd mn.cgg mn.css mn.cbb mn.capbd mn.capbs
                  +mn.vgs mn.vds mn.vbs
end
.endc