rapport de travaux pratiques conception des circuits analogiques

Travaux pratiques : conception des circuits analogiques 2émé Année cycle ingénieur : Génie Electrique

ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEED DE KHOURIBGA

2émé Année cycle ingénieur : Génie Electrique

RAPPORT DE TRAVAUX PRATIQUES

CONCEPTION DES CIRCUITS ANALOGIQUES

Année 2012-2013

Réalisé par Yacine a. AMKASSOU

Encadré par Pr. N.El BARBRI


MANIPULATIONS :

PARTIE A :CONCEPTION ET SIMULATION SOUS MICROWIND

1. Transistor MOS, procédés, caractérisation

PARTIE B :CONCEPTION ET SIMULATION SOUS ORCAD-PSPICE

1. Initiation au logiciel Orcad-Pcpice : simulation de circuit électronique

2. Conception de circuit analogiques avec Pcpice

PARTIE A :CONCEPTION ET SIMULATION SOUS MICROWIND


TP 1 : Transistor MOS, procédés, caractérisation :

Objectifs :

Familiarisation avec Microwind. Simulation et caractérisation du comportement statique et

dynamique des transistors. Familiarisation avec les divers procédés et les effets d’échelle. Premiers contacts avec le dessin de masque, conception de la

distance minimale λ , règles de conception . Compréhension des différents étapes de fabrication d’un IC,

coupe et structure 3D résultantes.

Procédure :

A. Dessin d'un transistor

1.et 2. rectangle allonge de polysilicium

3. diffusion n+


B. Couches et procédé :

4. Coupe du transistor

l'épaisseur tox =1.2nm

Ajout des contacts et d’une couche de métal :


5. la structure tridimensionnelle du transistor :


C. Caractéristiques statiques des transistors MOS

6. File ->Colors -> White background

7. MOS Characteristics : level 1


8. Ne10x10.MES : correspond à de véritables mesures de caractéristiques V-I effectuées sur une puce test de 0.12 um

9. Level 3 :

BSIM4 :


D. Caractéristiques dynamiques des transistors MOS

10. Pour observer le comportement dynamique, on applique une horloge à la grille du nFETTime low = 0.225ns, Rise time = 0.5 ps, Time high = 0.225 ns, Fall time = 0.5 ps.le nom du signal à vgrille.

11. Horloge du drain : Time low = 0.45ns, Rise time = 0.5 ps, Time high = 0.45 ns, Fall time = 0.5 ps.


12. On désire maintenant rendre la source visible en simulation; pour ce faire on clique sur l'icône Visible node

13. Sélectionnez Simulate ->Run simulation -> Voltage vs. Time.


PARTIE B :CONCEPTION ET SIMULATION SOUS ORCAD-PSPICE

TP 1 : initiation au logiciel Orcad/PSPICE : simulation de circuits électroniques


Objectifs :

Comprendre le principe et l’intérêt de la simulation électrique Connaître les principales fonctionnalités de l’outil de simulation

SPICE Savoir créer un schéma électrique sous Orcad/ PSPICE Savoir configurer les différentes simulations de Orcad/PSPICE

Introduction :

SPICE (Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis) est un simulateur électrique standard qui permet l'analyse statique et transitoire des circuits linéaires et non linéaires. Cet outil est souvent indispensable lors de la conception électronique afin de dimensionner correctement les différents éléments d’un circuit. Le logiciel ORCAD contient plusieurs outils dédiée à la simulation de circuits électroniques .

PRISE EN MAIN DE L’OUTIL DE SIMULATION ORCAD/PSPICE

Creation d’un projet :


Saisie d’une schematique : Avant de saisir la schématique, il convient de copier dans son projet l’ensemble des composants qui formeront le circuit. Ceux-ci sont inclus à l’intérieur de librairies préexistantes fournies par le logiciel. La configuration de base de la version Lite donne accès à un nombre limité de librairies, mais suffisant pour réaliser des circuits basiques. Les librairies sont repérables par leur extension .olb. Les librairies que nous utiliserons sont les suivantes :

source.olb : contient l’ensemble des sources de tension et de courant

sourcstm.olb : source digitales et stimuli analog.olb : contient les composants passifs eval.olb : contient des composants standards du commerce special.olb : éléments supplémentaires influant sur la simulation


- On place d’abord les composants passifs : résistance R et capacité C, inclus dans la librairie Analog.olb. On donne les valeurs suivantes aux composants : 100 Ω et 1 μF.

- On ajoute ensuite une source de tension, incluse dans la librairie source.olb :

Amplitude de 1V, un offset de 0 V et une fréquence de 1 KHz , la propriété AC à 1V.


Simulation du circuit:

Une fois la saisie de la schématique terminée, les simulations électriques peuvent être configurées puis lancées. PSPICE offre différents types de simulation :

- simulation DC : le simulateur balaye les valeurs prises par une variable qui est en général la tension ou le courant continu .

- simulation AC : l’ensemble des générateurs sont supposés harmoniques (ou sinusoïdaux) et le simulateur balaye un ensemble de fréquence. L’amplitude et la phase des tensions

- simulation TRAN : il s’agit d’une simulation transitoire, seul le paramètre temps est balayé. Les tensions de chaque noeud et les courants traversant chaque dispositif sont calculés à chaque instant.

- Analyse paramétrique : il est possible de lancer les simulations précédentes en modifiant un paramètre d’un élément du modèle .

Lancement d’une simulation : filtre passe bas

Pour illustrer le lancement d’une simulation, on prend l’exemple d’une simulation transitoire effectuée sur le filtre passe bas. Dès qu’on souhaite lancer une nouvelle simulation, on commence par définir un nouveau profil de simulation puis on le configure

Time Domain (Transient) = Régime transitoire.- Run to time ou TSTOP. Comme la fréquence du signal est de 1 KHz,

on peut fixer temps de simulation à 10 ms.- temps de début de simulation : Start saving data after. Par défaut,

0 s.


Netlist du circuit RC

Trace des resultats de simulation


Une fois la simulation effectuée, la fenêtre principale de l’outil PSPICE A/D s’ouvre, avec une fenêtre de visualisation graphique (plot) temporelle vide.

Ajout de courbes à l’aide de la commande Add Trace

Pour faire apparaître directement des résultats graphiques dès l’ouverture de PSPICE A/D à la fin de la simulation, il est nécessaire de


placer des probes sur la schématique. Il s’agit de probes de tension, de courant ou de puissance.

En relançant une simulation les profils de tension d’entrée et de sortie s’afficheront automatiquement.

Il est possible d’ajouter une nouvelle fenêtre d’affichage graphique, pour afficher un autre type de données par exemple.


Simulation AC : fonction de transfer


ANALYSE PARAMETRIQUE :

Tracé d’une caractéristique de transistorSchéma réalisé sous OrCad Capture :

Le paramètre est ici la valeur de la résistance de base.Nouvelle propriété :

Analyse continue :Définir alors les paramètres d’une analyse continue


Définir ensuite les paramètres de l’analyse paramétrique :

Résultats de simulation :


Le simulateur effectue les calculs (analyse continue ici) pour chacune des valeurs du paramètre.Une fenêtre permet de choisir l’ensemble des résultats de simulation ou de n’en sélectionner que quelques uns.

L’ensemble des courbes apparaît dans la fenêtre de visualisation avec une couleur et un symbole différents.

- l’option « Information »


Une fenêtre affiche les conditions particulières de simulation pour cette courbe (ici RbVar = 40 k)

TP N°2 :

CONCEPTION DE CIRCUITS ANALOGIQUES AVEC PSPICE

Caractéristiques d'un transistor NMOS

On se propose de tracer des caractéristiques Ids= f (Vds) d'un transistor NMOS. Pour cela, créez un nouveau projet baptisé caract.


Le composant transistor NMOS se trouve dans la library BREAKOUT. Choisissez MbreakN3.

Vous devez tout d’abord spécifier les valeurs des caractéristiques du modèle que le logiciel va utiliser pour ce transistor. Pour le modèle de Schichman et Hodges, il faut donc définir la tension VTO, le Kp et les dimensions W et L.

.model Mbreakn NMOS VTO=0.7V KP=2e-5 TOX=1.264e-8 LAMBDA=0.03 GAMMA=0.8 PHI=0.5 IS=0

spécifier les dimensions

Pour visualiser la caractéristique, il est nécessaire de faire varier le potentiel VDS =V2 alors on utilise DC sweep


Réponse transitoire d un inverseur NMOS avec résistance


NMOS

PMOS

Application 3 :


Reponse transitoire d’un amplificateur inverseur NMOS avec résistance


Pour R=10

Pour R=100

Réponse transitoire d’un amplificateur inverseur CMOS avec charge active

rapport de travaux pratiques conception des circuits analogiques

Documents