Thiết kế vi mạch tương tự ce334 o21 mtcl bài thực hành số 1 khảo sát hoạt Động của pmos, nmos và current mirror trên phần mềm ltspice

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE Noi dung 1.1.. BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TRE

VIETNAM NATIONLA UNIVERSITY, HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF INFORMATION TECHNOLOGY FACULTY OF COMPUTER ENGINEERING

-000 -

⁄

THIẾT KẾ VI MẠCH TƯƠNG TỰ

CE334.021.MTCL

BAI THUC HANH SO 1

KHAO SAT HOAT DONG CUA PMOS, NMOS VA CURRENT MIRROR TREN

PHAN MEM LTSPICE

STUDENT NAME: Truong Duy Dire STUDENT ID: 21521970 Lecturer: Ths Ta Trí Đức

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT

MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Noi dung

1.1 Khảo sát dòng Ip và Vas NMOS (đặc tính Ï— V} LH Ho iu 4 1.1.1 Khảo sát dong Ip va Ves NMOS (dac tinh | - V) của mạch không phan cuc Body 4 1.1.2 Khao sat dong Ip và Vas NMOS (đặc tính I - V) của mạch phân cực Body 5 1.2 Khao sat dong Ip va Vos NMOS (dac tinh I— V)

1.2.1 Khảo sat dong Ip va Vos NMOS (dac tinh | — V) cua mach khéng phan cyc Body 7 1.2.2 Khảo sat dong Ip va Vos NMOS (dac tinh | — V) cua mach khéng phan cyc Body 8 Chương 2 Khảo sát hoạt động PMOS | retinitis 9 2.1 Khảo sát dòng Ip và Vas PMOS (đặc tính Ï — V) Lén HH kho 10 2.1.1 Khao sát dòng Ip và Ves PMOS (đặc tính | - V) của mạch không phân cực Body 10

2.2.1 Khảo sát dòng lp và Vps PMOS (đặc tính | - V) của mạch không phân cực Body 10 2.2.2 Khảo sát dòng Ip và Vas PMOS (đặc tính I— V) của mạch phân cực Body 11

Chương 3 Mạch current mỉÏrTrOT àằ nh 12 3.1 Mach current mirror của NMÔS LH n TH pc TH nen nen gà nến nến nến gà 12

3.2 Mạch current mirror của PIMÔS ccc ncn nH nọ nn ng ng TT nề TT ng TT ng Thy 12

“Na AI 12 3.3 Kết luận mạch Ï_ref và Ï_Out - 12:22 S121 51E151111115 118111212111 8181111 1E E18 rrêu 13

MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Pictures

Figure 2 anh NMOS thiét ké trén LT Spice .cccccccccccscststststetetetesesseessestensiststetsieisieieeieeenees 3

Figure 7 Céng thức điện thế ngưỡng của NMOS S12 tt tt vn H111 xe 6

Eigure 10 ánh PMOS thiết kế trên L/TSpIC€ - S2: 2:22 21212121111111 1 1555212121212 1E 1e 9

Figure 14 Ip — Vos PMOS phân cực Bod|y - L nhàn HH HH kh Hườ 11

Figure 17.1 Ref va Iout mach current mirror cua CMOS - chung W/L uu tees 12 Figure 18.1 Ref va Iout mach current mirror cua CMOS - chung W/L uu tees 12

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Chương 1 Khảo sát hoạt động NMOS

Figure 1 anh NMOS

Figure 2 anh NMOS thiét ké trén LTspice

MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

.de Vds 0 3 0.1 Vsb051 `

„model NMOS nmos(vt0=0.7 gamma=0.6 phi=0.8)

Figure 3 anh NMOS khi phan cue Body

Ta sẽ mô phỏng các đặc tính I-V của NMOS dựa vào mạch trên

1.1 Khảo sát dòng Ip và Vos NMOS (đặc tính I— V)

1.1.1 Khảo sát dòng Ip và Ves NMOS (đặc tính I — V) của mạch không phân cực Body

Figure 4 Ip - Vas NMOS khéng phan cuc Body

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Bên trên thể hiện đặc tính của Ip và Vos ứng với một va; riêng Tại Vøs = 0V Ids =0A do

đang 6 trang thai cut-off Cac Ids sau được tính theo công thức:

¥

Cut Off Vas < Vr Ips 0

Linear Vas > Vr, Vos < Ves — Vr Ips = tnCox | Ves — Vr)Vps — + $s

Saturation Vas > Vr Ips = 3tIữnCOx T(Wos ⁄r)2

Vos > Vas — Vr

Figure 5 Céng thite tinh Tas

Do Ves thudc doan [0,5] nén Vgs- Vio luén 16n hon hoac bang Vas nén luén 6 trang thai linear

1.1.2 Khảo sát dòng Ip va Ves NMOS (diac tinh I- V) của mạch phân cực Body

Figure 6 ID - VGS NMOS phan cực Body

MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Ta thấy rằng khi phân cực cho BODY thì điện thế ngưỡng Vụ sẽ tăng lên Ví dụ, ban đầu Vạ là

0.7V khi Vsb là 0V Sau đó khi Vsb lần lượt 1V, 2V ,3V ,4V ,5V thì điện thế ngưỡng Vụ sẽ thay

đổi theo công thức (với gamma = 0.6, phi = 0.8, Vio=0.7):

Vr = Vro + 4(V2|órp| + Vsp — w2|ór|)

Figure 7 Công thức điện thé ngưỡng của NMOS

BÀI THỤC HANH SO 1: KHAO SAT HOAT PONG CUA PMOS, NMOS VA CURRENT

1.2 Khao sat dong Ip va Vos NMOS (dac tinh I- V)

1.2.1 Khảo sát dòng Ip và Vps NMOS (đặc tính I— V) của mạch không phân cực Body

Tai Vgs = OV, do Ves < Vto nên ta NMOS đang ở trạng thải cut-off nên không có điện

Figure ð.lp - Vns NMOS phân cực Body

nên la;=0V Các trạng thái còn lại sẽ ở dưới bảng dưới đây

Vds | Ids, Vgs=0 | Ids, Vgs=1 | Ids, Vgs=2 | Ids, Vgs=3 | Ids, Vgs=4 | Ids, Ves=5

0 Cut-off linear Cut-off Cut-off Cut-off Cut-off

1 Cut-off linear linear linear linear linear

2 Cut-off | Saturation linear linear linear linear

3 Cut-off | Saturation | Saturation linear linear linear

4 Cut-off | Saturation | Saturation | Saturation linear linear

5 Cut-off | Saturation | Saturation | Saturation | Saturation linear

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

1.2.2 Khao sat dong In va Vos NMOS (đặc tính I— V) của mạch không phân cực Body

Ko)

Tigure 9.Ip - Vns NMOS phân cực Body

Ta thay rằng khi phân cực Vụ; thì sẽ ảnh hưởng tới lạ; do Vtn đã thay đối, tương tự như phân cực ở mục 1.1.2 thì Vbs tăng nên Ids cũng sẽ tăng theo

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Chương 2 Khảo sát hoạt động PMOS

Figure 10 ảnh PMOS thiết kế trén LTspice

Figure 11, anh PMOS khi phan cục Body

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

2.1 Khảo sát dong In va Ves PMOS (dac tinh I- V)

2.1.1 Khao sat dong In va Ves PMOS (diac tính I— V) của mạch không phân cực Body

Vds=-1 (Step: 2!6)

TỶ Vds=-4 (Step: 5!) Step: 4/6]

Figure 12.Ip — Vas PMOS khéng phan cực Body

Ta thấy cũng như NMOS thì tại Vøs=0V thì Ids=0A nhưng khi ở các trạng thái khác Ids lai cé dam 4m Ly do la 6 NMOS dong electron di chuyén tir cuc Drain sang cue Source ma chiều dòng điện lại ngược chiều electron nên Ids sẽ mang giấu dương Ngược lại, PMOS dòng lỗ trống nên chiều dòng điện Ids sẽ mang giấu âm

2.2 Khảo sát dòng Ip và Vps PMOS (đặc tính I- V)

2.2.1 Khảo sát dòng Ip và Vps PMOS (đặc tính I— V) của mạch không phân cực Body

Vgs=-1 (Step: 2/6) Vgs=-3 (Step: 4/6) Vgs=-4 (Step: 5/6)

Tigure 13 lo— Vns PMOS không phân cực Body

10

BAI THUC HÀNH SỐ 1: KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA PMOS, NMOS VÀ CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

2.2.2 Khao sat dong Ip va Vas PMOS (dac tính I— V) của mạch phân cực Body

Tigure 14 In— Vas PMOS phân cực Body

MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

Chwong 3 Mach current mirror

3.1 Mach current mirror cia NMOS

3.1.1 Chung W/L

Figure 15.1 Ref va lout mach current mirror cua NMOS - chung W/L

Figure 16.1 Refva lout mach current mirror cua NMOS - khae W/L

3.2 Mach current mirror cia PMOS

3.2.1 Chung W/L

Figure 18.1 Refva lout mach current mirror cua PMOS - chung W/L

BAI THUC HANH SO 1: KHAO SAT HOAT PONG CUA PMOS, NMOS VA CURRENT MIRROR TREN PHAN MEM LTSPICE

3.3 Kết luận mạch I_ref và I_out

Cá NMOS và PMOS đều có I_refvà I_out đều có chung kết quả dù W/L giống nhau hay khác nhau.Mạch dòng gương (current mirror) dựa trên việc sử dụng các transistor MOSFET

được kết nối một cách sao chép dòng điện Khi một transistor trong mạch được đặt ở chế độ kích

hoạt, dòng điện điều chỉnh qua đó sẽ xác định dòng điện chảy qua transistor khác Do đó, dong ra

sẽ chính xác theo dòng vào Điều này giúp trong việc tạo ra dòng tham chiếu ôn định và kiểm

soát dòng tải trong các mạch điện tử, đặc biệt là trong các ứng dụng analog