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Modélisation et simulation du bruit de fond dans le transistor MOS à  canal long

( Télécharger le fichier original )
par Abdoun SLIMANI
Université Hassiba Benbouali Chlef Algérie - Ingénieur d'état 2004
  

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²²².5 Facteur de bruit :

Le facteur de bruit Fn est un indice de performance caractérisant la qualité d'un

système linéaire du point de vue de son bruit propre. Il est défini à T = 290K comme le rapport du signal à bruit à l'entrée sur le rapport de signal à bruit en sortie.

P P

se ne

F = (111.16)

n P P

ss ns

Un transistor dont l'entrée est fermée sur une source de résistance RS présente un facteur de bruit Fn tel que [4]:

n

- =

1

F n

4 .

E R I

2 + 2 2

S n

.

k R T
. .

S

(111.17)

Si l'on place sur la même source deux transistors en parallèle, et l'on additionne les signaux de sortie de ces deux éléments amplificateurs, le facteur de bruit de l'ensemble est :

F n

E R I

2 2 2

2 . ( + . )

n S n

- =

1 (111.18)

4 . (4 . . . )

k R T

S

²²².6 Simulation et analyse :

Pour une bonne exploitation des résultats théoriques, un calcul assisté par microordinateur est nécessaire.

Une approche des résultats pratiques des générateurs de bruit peut être obtenue par la simulation.

La figure III-4, montre la variation de générateur de tension de bruit En en fonction de la fréquence f , on distingue deux plages séparées par la fréquence de coin fc .

· Pour 1 < f <fc il y'a contribution du bruit en 1 f .

· Pour f > fc le bruit blanc qui domine.

On remarque aussi que En décroît lorsque la tension de polarisation Vg augmente.

La figure III-5, montre la variation de générateur de tension de bruit En en fonction de la tension de polarisation Vd , on remarque que En décroît en - 1

Vd pour les faibles valeurs de Vd et croît en Vd pour les grandes valeurs. Une valeur optimale de Vd est ainsi dégagée pour laquelle le générateur En est minimal. Cette valeur optimale de Vd décroît lorsque la tension de polarisation Vg augmente.

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 32

La figure III-6, montre la variation de générateur de tension de bruit En en fonction de la tension de polarisation Vg , on remarque que En décroît en - 1

Vg pour les faibles valeurs de Vg et croît en Vg pour les grandes valeurs. Une valeur optimale de Vg est ainsi dégagée pour laquelle le générateur En est minimal. Cette valeur optimale de Vg décroît lorsque la tension de polarisation Vd augmente.

La figure III-7, montre la variation de générateur de tension de bruit En en fonction de la transconductance gm , on remarque que En décroît en - 1

gm pour les faibles valeurs de gm et tend

vers 0 pour les grandes valeurs.

La figure III-8, représente la variation de générateur de courant de brui In en fonction de la fréquence f , l'augmentation de la tension de polarisation Vg permet la réduction de générateur du courant de bruit. L'influence de la capacité de grille sur le générateur du courant de bruit ne se fait sentir qu'à partir des fréquences élevées. On s'attend que pour les fréquences élevées le bruit de fond sera important.

La figure III-9, montre la variation de générateur de courant de bruit In en fonction de la tension de polarisation Vd, on remarque que In décroît en - 1

Vd pour les faibles valeurs de Vd et croît en Vd pour les grandes valeurs. Une valeur optimale de Vd est ainsi dégagée pour laquelle le générateur In est minimal. Cette valeur optimale de Vd décroît lorsque la tension de polarisation Vg augmente.

La figure III-10, montre la variation de générateur de courant de bruit In en fonction de la tension de polarisation Vg , on remarque que In décroît en - 1

Vg pour les faibles valeurs de Vg et croît en Vg pour les grandes valeurs. Une valeur optimale de Vg est ainsi dégagée pour laquelle le générateur In est minimal. Cette valeur optimale de Vg décroît lorsque la tension de polarisation Vd augmente.

La figure III-11, montre la variation de générateur du courant de bruit In en fonction de la transconductance gm , on remarque que In décroît en - 1

gm pour les faibles valeurs de gm et tend

vers 0 pour les grandes valeurs.

La figure III-12, montre la variation de facteur de bruit Fn d'un seul transistor MOS en fonction de la résistance de générateur RS , on remarque que Fn décroît en - 1

RS pour les faibles

valeurs de RS et tend vers 1 pour les grandes valeurs.

La figure III-13, montre que pour chaque fréquence de fonctionnement on à une résistance optimal à placée à l'entrée de l'amplificateur.

La figure III-14, montre la variation de facteur de bruit de deux transistors MOS en parallèle, on remarque que Fn décroît en - 1

f pour les faibles valeurs de f et tend vers 1 pour les grandes

valeurs.

La figure III-15, montre que pour chaque fréquence de fonctionnement on à une résistance optimal à placée à l'entrée de l'amplificateur.

La figure III-16, montre la variation de facteur de bruit Fn en fonction de la résistance du

générateur RS , on remarque que les valeurs de Fn pour deux transistors MOS est faibles par

rapport à celui d'un seul transistor MOS. En conclusion, on peut dire que l'utilisation de deus transistors MOS en parallèle permet la réduction du facteur de bruit.

La figure III-17, montre la variation de facteur de bruit Fn en fonction de la fréquence f , on

remarque que les valeurs de Fn pour deux transistors MOS est faibles par rapport à celui d'un

seul transistor MOS.

La figure III-18, montre la variation de la transconductance gm en fonction des paramètres

technologiques( W L) , on remarque que gm est proportionnelle à W L .

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 34

1.10 6

1.10 8

1.10 9

1.10 7

En (V hz)

Vd

1 0

V

Vg

1 . 5

Vg

3

 
 
 
 
 
 

f3 = 1

0 hz

 
 
 
 

Vg =

1 . 5

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Vg =

3

 

Vg

=

5

 
 

1 10

( V)

5. 10

4.25. 10 9

En (V hz) 3.5.10 9

2.75. 10 9

2. 10 9

Vd

1 10 100 1. 10 1.104 1.105

f( hz)

Figure III-4: simulation de la tension de bruit en fonction de la fréquence

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 35

 
 
 
 
 
 

f3 = 1

0

hz

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Vd = 2 V

 
 

Vd =

3

 

Vd

=

6

 

1 10

Vg ( V)

5.10 9

En (V hz)

4.10 9

3.10 9

2.10 9

Figure III-6 : simulation de la tension de bruit en fonction de la tension Vg

1 .10 9

En (V hz)

5 .10 10

f

1 0

3

hz

0.01 0.1 1 10 100

gm ( mA V)

Figure III-7 : simulation de la tension de bruit en fonction de la transconductance gm

2. 10 15

In (A hz)

1. 10 15

Vd

1 0

V

1 . 5

V

Vg

3

V

Vg

1 10 100 1.103 1 .104 1 .10 5

f ( hz)

Figure III-8: simulation du courant de bruit en fonction de la fréquence

Vd ( V)

1 . 10 16

In (A hz)

1 . 10 17

hz

Vg = 1 . 5

Vg = 3

1 10

3

f

1 0

Figure III-9: simulation de courant de bruit en fonction de Vd

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 37

Vd

1

Vd

5

f

1 0

3

hz

1 10

Vg ( V)

1 . 10 16

In (A hz)

1 . 10 17

Figure III-10: simulation du courant de bruit en fonction de la tension Vg

5 . 10 18

In (A hz)

f

0

3hz

0.01 0.1 1 10 100

gm

( mA V)

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 38

f Vd

Vg

1 0

2

1 0

V

4

V

hz

6
Fn 4
2

1 . 10 5

10 100 1 .103 1 .104 1 .106 1.107

RS ( Ù)

Figure III-12: simulation du facteur de bruit d'un seul transistor MOS en fonction de RS

Fn

1 .104

1 .103

100

10

1

Vg

Vd

1 0

2

V

V

RS

= 100Ù

RS

= 1000Ù

RS

=100

00Ù

1 .103 1 .105

1 10 100 1 .10 4

f( hz)

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 39

Vd

Vg

4

2

1 0

2

V

V

3

Fn

1.106 1.107

10 100 1 . 10 3 1 . 10 4 1 . 10 5

f( hz)

Figure III-14: simulation du facteur de bruit de deux transistors MOS en parallèle en fonction
de la fréquence.

Fn

1 10.

1 .103

100

10

1

4

1 10 100 1.103 1.10 4 1.105

RS

RS = 100

1000

RS

10000

Vg

Vd

2

1 0

V

V

f( hz)

? 10 3 1 ? 104 1 ? 105 1 ? 106 1 ? 107

10 100 1

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 40

Fn

4

f

hz

1 0

6

Vd
Vg

1 0

V

2

V

Un transistor

4

2

Deux transistors

RS ( Ù)

Figure III-16: simulation du facteur de bruit en fonction de RS

1 .104
1 .103

Fn

100 10 1

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Un

 
 

transistor

 
 
 
 
 
 
 
 

Vd

=

1 0

V

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

transistors

 
 
 
 
 
 
 
 

=

2

V

 
 
 
 
 
 

Deux

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Vg

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

R

=

 

100

Ù

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

S

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

=

 

1000Ù

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

RS

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

RS =

 

10000Ù

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 .103 1 .104 1 . 105

1 10 100

f( hz)

CHAPTRE ²²² Bruit dans le transistor MOS page : 41

L

W

Figure III-18: simulation de la transconductance en fonction de

L

gm

( mA V)

0.010.01 0.1 1 10

W

100

0.1

10

1

VT

Vd

Vg

0 .

3

1 0

5

V

V

V

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