TP2 VLSI : Simulation Electrique

Objectifs

• Dans un premier temps, vous allez utiliser le simulateur eldo dont la documentation se trouve dans le répertoire /users/soft/mentor/ams2004.2/documentation/ (consultez le fichier eldo-ur.pdf) et l'interface de visualisation ezwave pour observer les caractéristiques statiques et dynamiques du transistor NMOS et de l'inverseur CMOS.

• Dans un second temps vous allez étudier l'influence de la charge (nombre de portes attaquées) sur le temps de propagation d'un inverseur, puis d'un inverseur suivi d'un buffer.

• En dernier lieu, vous allez observer l'influence de la résistance des fils d'interconnexion sur les temps de propagation.

Pour utiliser les outils eldo et ezwave vous devez être logué sur une machine de type Solaris ( par exemple rachmaninov)

>ssh <nom_de_machine>

et avoir fait

>source ~jeanlou/VLSI2007oct/TD-TME/S2/eldo.sh

Exercices

La plupart des fichiers sont fournis, vous devez comprendre ce qui est écrit dans ces fichiers, seules des modifications mineures vont sont demandées.

Exercice 1- Caractéristiques du transistor NMOS

• Copiez le fichier polar_nmos.spi (~jeanlou/VLSI2007oct/TD-TME/S2) dans votre répertoire
• Analysez le contenu de ce fichier
• Lancez la simulation par

  >eldo polar_nmos.spi
  

lors de cette simulation la tension VDS=3.3V et on fait varier la tension VGS de 0 à 3V et on mesure le courant IDS

Question 1

Déterminez la tension de seuil à partir de laquelle le transistor commence à être passant.

Exercice 2- Simulation statique de l'inverseur CMOS

• Copiez les fichiers mon_inv.spi et inv_statique.spi (~jeanlou/VLSI2007oct/TD-TME/S2) dans votre répertoire
• Analysez le contenu de ces fichiers
• Lancez la simulation

  >eldo inv_statique.spi
  

Question 1

Qu'observez vous ?, cet inverseur vous parait-il équilibré ? justifiez votre réponse.

Question 2

Faites varier la valeur de Wp jusqu'à ce que l'inverseur soit équilibré.

Exercice 3- Simulation dynamique de l'inverseur CMOS

• Copiez le fichier inv_dynamique.spi (~jeanlou/VLSI2007oct/TD-TME/S2) dans votre répertoire
• Analysez le contenu de ce fichier
• Lancez la simulation

  >eldo inv_dynamique.spi
  

Question 1

Ajoutez une capacité de charge à la sortie de votre inverseur, faites varier la valeur de cette capacité de 0 pF à 100 pF. Pour chaque valeur mesurez le temps de commutation de l'inverseur et tracez la courbe t=f(C).

Exercice 4-Insertion d'un buffer

• Copiez le fichier buf_x8.spi (~jeanlou/VLSI2007oct/TD-TME/S2) dans votre répertoire
• En partant du fichier inv_dynamique.spi écrivez le fichier invplusbuf.spi qui ajoute buf_x8 entre la sortie de l'inverseur et la capacité de charge
• Lancez la simulation

  >eldo invplusbuf.spi
  

Question 1

Simulez ce nouveau circuit en faisant varier la capacité de charge, comme pour l'exercice précédent on tracera la courbe t=f(C).

Question 2

A partir de quelle valeur de la charge C , l'insertion d'un buffer est-elle utile pour améliorer le temps de propagation global ?

Question 3

A combien d'inverseurs correspond cette charge ?

Exercice 5-Influence de la résistance des fils d'interconnexion

• Créez maintenant deux nouveaux fichiers inv_dynamique_resist.spi et invplusbuff_resist.spi en ajoutant une résistance correspondant aux fils d'interconnexion reliant la sortie de l'inverseur ou du buffer à la capacité de charge.
• lancez les simulations en fixant la capacité de charge à 90pF

Question 1

Qu'observez vous? proposez une explication.