Caracterização elétrica de amplificadores operacionais de transcondutância implementado com GC SOI MOSFETs

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Coghi, João Felipe Fernandes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
• Palavras-chave em Português: Transistores
• Link de acesso: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/428

Neste trabalho é apresentado um estudo da caracterização elétrica de amplificadores operacionais de transcondutância (OTA) implementados com transistores SOI de canal gradual (GC SOI) e, também fazer a validação do modelo especifico para a simulação de transistores desta tecnologia. Este modelo é denominado "LEVEL 25" e está implementado no programa SPICE ELDO da Mentor Graphics, na versão 6.0/32-bits. Na literatura há a descrição de resultados da caracterização elétrica e simulações de amplificadores operacionais de transcondutância, as quais foram feitas no simulador SPICE ICAP/4 da Intulsoft, na versão de 2004. Neste trabalho foi utilizado o simulador ICAP/4 na versão 8.0.11 de 2007 para reproduzir os resultados da literatura. O programa ICAP/4 não possui modelo específico para simulação de transistores SOI de canal gradual, portanto foi utilizada uma associação série assimétrica de dois transistores SOI convencionais. Nesta associação série, o primeiro transistor possui dopagem de 1·1017 cm-3 e, este é responsável pelas características elétricas do transistor da associação. O segundo transistor possui uma dopagem de 1·1015 cm-3 e possui uma tensão de limiar negativa, portanto, há a formação de canal mesmo sem aplicar tensão à porta. Em todos os OTAs há a presença de transistores SOI convencionais do tipo P, portanto foram realizadas simulações comparativas com os programas SPICE ICAP/4 e ELDO para verificar a existência de diferenças entre seus modelos. Das simulações dos transistores, foi constatado que há diferença entre os modelos quando operam na região de saturação. Nas curvas de IDS em função de VDS houve uma diferença de 20 % no valor de IDS obtido nas simulações do ELDO em comparação ao valor das simulações no programa ICAP/4 Para minimizar estas diferenças entre as correntes entre dreno e fonte, foi alterado o parâmetro da degradação da mobilidade. Após a alteração da degradação da mobilidade, a diferença entre as correntes foi de 4,10 %. Foram simulados oito OTAs divididos em dois grupos. Em um grupo estão os amplificadores operacionais de transcondutância de alto ganho. Este grupo possui cinco OTAs sendo que três são constituídos apenas por transistores SOI convencionais e dois são constituídos por transistores GC SOI do tipo N. Os OTAs constituídos apenas por transistores SOI convencionais foram utilizados como referência para comparações entre as tecnologias. Os resultados das simulações realizadas no programa SPICE ELDO apresentaram os mesmo valores de ganho de tensão de malha aberta do que as simulações do programa SPICE ICAP/4. Para a frequência de corte, o simulador SPICE ELDO apresentou um erro de 5 % em comparação com o resultado obtido no simulador SPICE ICAP/4. Para a frequência de ganho unitário, o erro máximo obtido foi de 13 % na comparação entre os resultados obtidos nas simulações dos programas SPICE ELDO e ICAP/4. No outro grupo analisado, estão os amplificadores operacionais de alta frequência de ganho unitário. Foram realizadas duas comparações para este grupo: entre medidas experimentais e simulações e entre medidas experimentais de OTAs com razões LLD/L distintas. Os ganhos de malha aberta foram obtidos à frequência de 1 kHz e, para esta frequência, os ganho de malha aberta simulado no programa SPICE ELDO foi de 35 dB e para o OTA medido experimentalmente foi de 36 dB. Portanto, não houve diferença entre os valores de ganho de malha aberta. Na comparação da diferença entre as razões de LLD/L, o OTA cuja razão LLD/L é igual a 0,45 obteve um ganho de malha aberta de 36 dB, o OTA com razão LLD/L é igual a 0,64 obteve um ganho de malha aberta de 35 dB e o OTA com razão LLD/L é igual a 0,68 obteve um ganho de malha aberta de 32 dB. O modelo do programa SPICE ELDO mostrou-se capaz de simular o comportamento real dos OTAs estudados neste trabalho. A tecnologia SOI de canal gradual mostrou-se melhor para utilização em aplicações analógicas "low-power low-voltage"