Estudo e simulação de ruído em circuitos e dispositivos MOS

Abstract

A redução das dimensões dos dispositivos semicondutores para escalas submicrométricas impõe diversos desafios no projeto de circuitos integrados. O impacto das variações intrínsecas afetando parâmetros elétricos cresce em importância à medida que a área dos dispositivos adentra a faixa nanométrica. Dentre essas variações estão flutuações nas tensões e correntes de terminal causadas pelas diferentes formas de ruído intrínseco dos dispositivos MOS. Este trabalho apresenta um estudo sobre o impacto do ruído elétrico no desempenho de circuitos MOS. Um novo modelo para simulação do Random Telegraph Signal (RTS) no domínio do tempo é utilizado. Uma metodologia de simulação para contabilizar o ruído térmico em simulações transientes também é proposta. A partir desses modelos de simulação de dispositivos, o trabalho de pesquisa analisa o impacto da variabilidade de parâmetros elétricos em nível de circuito. As simulações focam na caracterização da pureza espectral em osciladores em anel de sinal diferencial. Diversas topologias são apresentadas e posteriormente comparadas em termos do jitter no período de oscilação.

The shrinking of semiconductors devices dimensions to submicron scales introduces many challenges in integrated circuit design. The impact of intrinsic variability affecting electrical parameters increases in importance as transistors enter the nanometric range. Among these variations are fluctuations in terminal voltages and currents caused by different forms of intrinsic noise of MOS devices A new model for Random Telegraph Signal (RTS) simulation in time-domain is utilized. A simulation methodology to account for thermal noise effects in transient simulations is also proposed. Using these simulation models, this research work analyses the impact of electrical noise at circuit level. The simulations focus on the characterization of spectral purity in differential ring oscillators. Different topologies are presented and compared in terms of jitter in the period of oscillation.