如何使用Hspice模擬MOS的導通電阻Ron

karsh

把電晶體當開關使用時，請問大家都是如何用Hspice來模擬電晶體的導通電阻Ron呢?

skiptoo

同問，同問，最近在仿真bootstrapped switch 不知道如何用Hspice跑出Ron，想問問大家

finster

利用公式V=IR即可
在HSPICE中利用PRINT寫來計算元件的(Vin-Vout)/I即可用awaves畫出元件的Ron電阻
5 }+ b0 L3 a. j. m- Z& r要特別注意一點的是,如果mos是內建的,那要留意外部電感的電流大小會"間接"決定mos的大小,或者mos是外接式的,那你直接看外部mos所提供的spice model大概就可以了

skiptoo

喔，嘿嘿，是finster版主啊，對啊就是V=IR啊，真是faint，原來我用錯電壓了，我錯用成Vout/I了怪不得不對呢，

+ _& T) H) V, T& ?" J谢谢您的解答！

dogst

這個問題剛好是最近一直困擾的問題
8 O/ ~. t4 {9 L' z/ h  R為何不可以(vout-vin)/I阿
/ o7 N, I4 f; D3 u下面是我寫的spice檔
' H6 y0 S% P3 p4 o2 d$ j+ ^m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
0 c; `- ]. C$ A) `. S7 Tr1 vout 0 1k
在.print部份
8 f9 N: i7 f6 Y9 ~7 t是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
# [; \" }" H2 o1 w. A+ K( j可否幫忙解答？
& e; H2 {- O, d; ~  ithanks

finster

原帖由 dogst 於 2008-7-7 12:05 AM 發表
# M/ a4 t6 A* U4 T( n6 m這個問題剛好是最近一直困擾的問題
為何不可以(vout-vin)/I阿
, o2 V. u4 E# x0 e) z下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
在.print部份
; k8 \2 C4 x$ {9 B是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

' `- k( `/ k( s1 [5 P9 V7 ^


建議你不要加r1 vout 0 1k
. w- H. `( {& d1 t$ V1 z因為你要對NMOS作計算ron,加了r1後,電流會對r1產生一個電壓,如此一來會壓縮到m1的vout電壓
建議的寫法為
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
+ L; h  w# |+ F, xvvout vout  vss    vss
+ ~  |! k" `* b$ A# C.dc vvin 0.001 3.3 0.1
" u" |' |" R9 ?.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
% t! z% r1 M, s9 p9 T% N. F.print i(m1)

dogst

嗯嗯  有沒有加電阻  真的有差  謝謝
可是又有一個問題(不好意思 問題真多 多多包含)
  J+ F4 g/ I6 O5 G' E9 Avvdd   vdd   0  3.0v
vvss   vss   0  0v
3 k5 |( @, T* [. R6 i3 O: Q4 H3 Dvvin   vin   0  0v
: _4 c8 X/ u5 O% h$ Cvvout  vout  0  0v
* s. S3 U! h/ w- f) R) @: h: Am1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
.print a=par('(v(vin)-v(vout))/i(m1)') b=par('v(vin)/i(m1)')
$ Q( W: m0 p& B+ x就是在vout的部份 有沒有設成0好像結果差很多耶  為何會這樣呢
還有在量Ron部份時  到底是要par('(v(vin)-v(vout))/i(m1)')還是要par('v(vin)/i(m1)')
  R9 H6 ~; W" a! w3 |* D因為版主在回覆時  兩者都有提到  可是還是不清楚
2 z7 s# W! U% ^/ i$ l可否幫忙解答?
# y. e& V0 N; f8 J( D2 s2 J5 XThanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
5 M$ r$ {3 x; P* C4 F. i$ S8 J5 f應該是
.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
( ~) O& T6 p4 ~( K- n要加abs則是因為電流有流進流出的問題,進而會產生正負符號的緣故,故而加了abs可以變成是正的
8 G3 A8 Y$ q6 v7 d) S* v另外,vout的部份,因為你是作.DC的sweep,而且是對NMOS,所以,source端一定要加最低電位(也就是0V)然後對drain作dc sweep
反之若是PMOS,則是要加最高電位(亦即VDD)
# R3 K: p# [6 }% b, A. I6 G* W3 _這是因為PMOS和NMOS兩者對VSS和VDD有不一樣的變化

hiyato

順便來請教各位大大
* b0 q: P. L' P+ Y有在其他書上看到
' e8 R( J/ N; U5 @0 z3 l) [4 I.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
7 ~% u" c- C5 o5 A) U這個指令似乎也能看RON的電阻值
$ T" i' A1 E/ q# T. [- l6 }& W不過不太了解這個指令的意思？

dogst

原帖由 finster 於 2008-7-7 05:25 PM 發表
不好意思,一時之間沒留意到
應該是
.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
4 e8 b' N7 k1 L% A& v要加abs則是因為電流有流進流出的問題,進而會產生正負符號的緣故,故而加了abs可以變成是正的
/ n1 ^/ n2 e. V; y- o/ u8 [# q) Q% j另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

3 S0 v1 Z- q6 y/ V嗯嗯  原來如此
" u# H# h3 s6 q; W5 I' t4 V8 O4 j意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
nmos : m1 vin vdd vout vss ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
pmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')

那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
/ x- f2 k4 c- [' z* A! Ym2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
8 t5 g8 H/ n2 O( M+ b! d$ u那麼在.print部份的話  要怎麼寫
因為他不像nmos或者pmos一樣  只有m1的電流可以除
& `  a: b& r0 o0 M. U5 V這樣怎麼求Ron
可否請大大解釋疑惑
謝謝

finster

可以是各別算出Ron,再運算
.print r_n=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
8 b4 V# j1 E* ?( u4 F/ E+ ^- @.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

另外一種方式則是將電流相加再作運算
5 w( |- _$ x6 R% N$ l" F6 M/ P.print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')
.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')

dogst

大大  我用了你的方法  可是結果怎麼跟書上畫的不一樣呢
以下是我的SPICE檔
/ W9 Y- j4 w% ?" {8 V. I
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
6 p. k2 B2 V, z: |' `* P$ O: lvvin   vin   0   dc   0.0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4


3 r  c7 I( h. Y以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')

; M" w6 |* ^- e! S+ L+ d7 w.print rn=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))') rp=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))') rpn=par('(rn*rp)/(rn+rp)')
  o1 k0 Y( d5 g# n5 Q: G, s
: K+ V* ^2 F; a, m
5 ~2 r8 j: b5 S7 T0 d! h為何兩個結果會不一樣呢
$ S7 N5 i5 _2 ~, K3 v4 A/ L1 c0 s* _而且很納悶的是第二個方法為何要(相乘)/(相加)
4 O! I: ]( O& ~: P! [) G& U* C
可否請大大幫忙解答
' ~5 i3 ^& I, c# K9 Z4 KThanks

finster

第一個方法為何要(相乘)/(相加)???
你要計算transmission gate的電阻,而transmission gate就是PMOS和NMOS兩者並聯,要求並聯電阻的阻值,當然是(相乘)/(相加),這是很基本的電阻公式計算
- \, a% B0 Q- X所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算
8 N* o" i: K6 N* q3 `6 A) r
5 P6 H6 e. J3 F- x! R至於兩種方法為何會不同
照理說應該要相同才對,不過,我倒是很好奇為何你的電阻計算出來是負的
& E/ q0 A1 v4 m. W# Q/ w這點很不合理
9 B. \+ }# w7 u2 l9 k0 V( a3 i- Q難道是你的VOUT沒有設對嗎??

dogst

如果我改成下面這樣
* }  |$ i: V) r/ e4 w.print rn=par('(v(vout)-v(vin))/abs(i(m1))') rp=par('(v(vout)-v(vin))/abs(i(m2))') rpn=par('(rn*rp)/(rn+rp)')
" S6 p& K9 P$ I  X; i. ]7 q電阻就會變正的
* _$ s8 F% {. |$ z* g7 y% ^% S! H( W可是不管怎麼看  還是覺得不太對
% @: D. C% Q  l" Z4 R" C2 b5 {
以下是我的spice檔
, y1 ^! ?: h0 Tvvdd   vdd   0   dc   3.0V
$ C, K- g! L& H! f, b# H& c' H) Jvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v

& n9 L$ Y2 o$ o, [0 [/ }- n1 ^m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
! L4 e4 i4 \8 w5 m- mm2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  

*r1    vout  0     1k
, h7 u; S4 z5 ?+ h.dc vvin 0v 3.0v 0.05v  
.probe  rn=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1n))') rp=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1p))')  rpn=par('(rn*rp)/(rn+rp)')
$ a2 r( ?) {9 `8 _6 B/ H.print  rn=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1n))') rp=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1p))')  rpn=par('(rn*rp)/(rn+rp)')

.end
% E- W; w7 g3 e& G  |
希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
# P( A  {9 L( M* A, B. c! N7 K還有一個問題  就是為何不能用 v(vout)-v(vin) 而一定要用 v(vin)-v(vout) 呢
2 l" p7 X, d- H7 Z  k( R; H
9 T, g. l1 h" y1 e" s: m% v可否幫忙解答
Thanks

dogst

sorry  上面打錯了
應該是  rn=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))') rp=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')  rpn=par('(rn*rp)/(rn+rp)') 才對
: r* G  o$ e2 Q) ~- Y) J6 Z1 f
$ W# P& Z) }8 E# G7 l: b) \還有想要請問一下   跑出來的模擬圖  要怎樣看電阻值呢
也就是說 NMOS 跟 transmission gate 的部分  要怎樣看
可否教導一下
Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
/ X* B+ b, h$ T1 q, Y
' y0 ^: z5 y  g# U( O2 z% H下面是我測試的transmission gate,而附圖Nonmame則是PMOS/NMOS/和PMOS+NMOS的電阻疊圖
8 M9 P0 t. K( r( ?: Z* c2 Dmp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
2 x2 \0 }! H6 K* w$ x! wmn   in     vddah     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
vvsa      vsa       0    0
vddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
.dc vin 0.05 3.295 0.005
2 s: P* F" F% O$ I  x+ U- H/ ^4 W.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
+ Y1 b! b# q! i.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
* l2 p# }6 }: r  [書上的圖是把PMOS和NMOS各別的電阻畫出來之後,再把兩個電阻並聯計算畫出來,其中,要計算PMOS電阻,一端要接VDDAH,而要計算NMOS電阻,另外一端則是接VSA

dogst

感謝版主這麼有耐心教導我
2 Q$ V3 k* H0 @9 U& N+ @! E這下子  我對開關又懂更多了
Thanks

schwu_iroi

原帖由 hiyato 於 2008-7-7 06:04 PM 發表
5 U5 Z8 C1 l, g/ u  S順便來請教各位大大
有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
' j; U9 D6 v& p# F1 c; r這個指令似乎也能看RON的電阻值
不過不太了解這個指令的意思？

& c' K, Z/ q' ~/ v9 J
LX8(mn1)是hspice自带的一个function，可以用gdso(mn1)，表示mn1的电导的大小，正好是电阻值的倒数，用它替换更直观和简单。
$ B3 F6 t% W' `# z+ o2 S+ v.probe Ron=par('1/gdso(mn1)')

schwu_iroi

PMOS和NMOS组成的CMOS switch 电阻值写成
3 K( r7 _. O: v.probe Ron= par('1/(gdso(mn1)+gdso(mp1))') 就OK了

hyseresis

原帖由 finster 於 2008-7-14 11:23 AM 發表
* E" y4 l1 W+ I8 Z附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

0 q' c) z4 q: A4 h) |) ?下面是我測試的transmission gate,而附圖Nonmame則是PMOS/NMOS/和PMOS+NMOS的電阻疊圖
mp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
, G3 f& u  j, B. C( d% [mn   in     vddah      ...

7 n( j9 j( o( S% C" ~7 E
3 |0 m1 o+ V+ a; h% ^0 D: _
為何2種方法跑出來不一樣？？
8 f7 a) L! g, X: o. P7 h
.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
, l( v1 y4 S: G' L  V& \8 M.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')
* `7 ~, _' x  o$ N* b7 ~5 C! o
% `% J8 Q1 j1 }: g8 e.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
- ~- x1 \' {. f+ d# B.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')
+ J2 V9 k4 n& L) h" Q9 N( b+ z+ P
# ?* M% _( }+ x( N3 Z2 R; Y我只PO上TG的RON圖形出來,
9 A8 ^. h. R2 H: E0 {! R上圖是用前三行指令跑出來的RON（2點電壓相減除以電流）
3 i) i0 V, R! d% v8 r" |# g下圖是用後三行指令跑出來的RON（直接用電導倒數）
" e7 F. ~1 ~  y* e4 g4 w6 r為何跑出來的圖形不一樣,理論上應該是一樣的啊
  V6 ^% o; s! H- R- U# F能否請各位大大位我解答