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
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，
  |3 [: g3 Q8 i
谢谢您的解答！

dogst

這個問題剛好是最近一直困擾的問題
4 }8 K& \' n+ y% \# E$ _為何不可以(vout-vin)/I阿
% j* G2 R: r! b下面是我寫的spice檔
" V& {+ e; b' S: e" Qm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
$ }+ h8 P8 n1 A8 ]7 P0 wr1 vout 0 1k
% @+ _' f9 |- X. x在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
/ \+ O$ |1 ^0 t可否幫忙解答？
thanks

finster

原帖由 dogst 於 2008-7-7 12:05 AM 發表
這個問題剛好是最近一直困擾的問題
) `: [* Q, E' D& G1 D6 k為何不可以(vout-vin)/I阿
% i* M. e/ k& b9 K下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
' Z1 _% q% s' N9 k在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

5 M: l1 p' a2 v


2 Z& n# i" D/ a- B! H% ~. J建議你不要加r1 vout 0 1k
8 ~$ P1 d2 t2 ~8 r4 ~9 v: y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
4 K; `8 j" V" v8 @2 Y2 gm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
% X! [9 E" a! J0 ^; ~  f# P) u# tvvin  vin   vss    vss
vvout vout  vss    vss
! k- x8 k0 P: K9 E. q0 g5 \2 l" E.dc vvin 0.001 3.3 0.1
.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
0 K! V& k; P: y1 s.print i(m1)

dogst

嗯嗯  有沒有加電阻  真的有差  謝謝
* m" M( z' o, X6 c+ R5 s可是又有一個問題(不好意思 問題真多 多多包含)
vvdd   vdd   0  3.0v
& i! [2 n$ K  {3 Y8 d1 o' H0 svvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
6 N, t2 c4 t  f8 v  b3 Ivvout  vout  0  0v
0 A" D- X- m7 _3 C5 `m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
: ^- _. Q; }# G3 @6 \$ S: p. I) Z$ K3 Q.print a=par('(v(vin)-v(vout))/i(m1)') b=par('v(vin)/i(m1)')
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
' l! I1 @/ A6 M# h: u- }, j( G+ L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)')
4 ^' D8 r2 w# P4 ^; i8 j0 {因為版主在回覆時  兩者都有提到  可是還是不清楚
可否幫忙解答?
Thanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
( _3 R+ W7 P# k5 y0 N應該是
) |7 [5 `5 d! R* O.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
) P2 H9 {! w$ z8 t! w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
9 M, [. `* M* w, e, J. G2 g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)
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
: d- B- `# Q5 L7 g有在其他書上看到
4 p: U" |( v; J& o9 Y# F0 p.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
0 j0 y$ ]9 z, p7 Q, }3 C' l0 D這個指令似乎也能看RON的電阻值
" V+ H; Y+ Z# H9 S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
4 {" S. c5 x8 a% e' r不好意思,一時之間沒留意到
應該是
.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
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
另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

) L) }: W6 ?* n/ |# ~' J
嗯嗯  原來如此
意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
: p* d7 k2 C6 C& X) K4 G( gnmos : m1 vin vdd vout vss ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
  Y7 k" `  \- R: Hpmos : 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
" d/ x( y3 ^/ O- ]+ N6 r' yvvin   vin   0   dc   0.0v
1 b# W% n0 M! H. g2 }m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
1 C8 q( C! e3 V0 H那麼在.print部份的話  要怎麼寫
8 a( p! v8 O8 x) p6 ]  V因為他不像nmos或者pmos一樣  只有m1的電流可以除
& h& ]  i8 A- K$ C這樣怎麼求Ron
可否請大大解釋疑惑
+ o' d% M. F7 l& M) H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))')
% F9 y4 a) l. D' q, ~.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
$ C% S& L0 T7 i1 `.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

$ X) W) v4 E+ o) k" C% |  Y另外一種方式則是將電流相加再作運算
! m7 a2 g% T3 d: r* ?/ w/ Z.print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')
( _( v% v+ D! M0 o8 ?3 y% @$ `.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
5 `1 c) ?# |& _/ e% g
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   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


5 m6 ^! M% D' h" H, m. C! s7 Y& }以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')

.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)')


為何兩個結果會不一樣呢
. j( u; A% ?) c而且很納悶的是第二個方法為何要(相乘)/(相加)

可否請大大幫忙解答
Thanks

finster

第一個方法為何要(相乘)/(相加)???
. N0 t! R( `1 n4 H, D# Y, [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
" X6 C, Q+ }" y: C所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算
0 ~$ q# C( ?' j" E3 |
至於兩種方法為何會不同
7 l2 q, g: M, J+ h# ^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
這點很不合理
難道是你的VOUT沒有設對嗎??

dogst

如果我改成下面這樣
1 i2 s2 F+ q3 g  r7 t.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)')
( i. x, S1 q/ s! e電阻就會變正的
! s2 C  q( y: D1 P7 ]0 g6 B1 \1 {可是不管怎麼看  還是覺得不太對
" {  e: |0 S) T) L7 X  S
0 H( K# G' C& C2 G2 }( o以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
# K& q; f! Y  _1 |9 C% L% g+ jvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
8 e- t# d: Z* G0 n" B
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  

*r1    vout  0     1k
.dc vvin 0v 3.0v 0.05v  
& m8 p; f/ v6 o- O& V+ s.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)')
. E4 T* ^1 b( s.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)')
3 }( r0 n& d! j8 s
  V/ `$ d# I; k2 O% w+ W8 D8 S.end

希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
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
0 \: A7 P% B% o
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
4 b% l$ A: {, [+ ^, A8 y
% S# j  i8 Z" m0 r- I' e還有想要請問一下   跑出來的模擬圖  要怎樣看電阻值呢
1 m$ t; z8 m% {6 s9 w+ F: V; i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
% a( h) z1 L5 s0 J
, \* T- l. T* h7 [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
2 C. ^# p1 d( d: cmn   in     vddah     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
6 N7 y# E; I' I1 e1 n. _( z% M$ M( dvvsa      vsa       0    0
  f0 @; A7 _2 c$ f% ~; q8 O7 a; d/ Dvddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
.dc vin 0.05 3.295 0.005
.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
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
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
, t, i& ~/ l6 ?; {# _- P% l7 ^順便來請教各位大大
% ~2 ^) \+ z# }' V2 P( l- c有在其他書上看到
, ~) N& ~: k2 e* }5 Q# ]  O/ M.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
$ {9 \( n7 F5 q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？

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。
5 }0 k3 r& H: C: d+ }& H.probe Ron=par('1/gdso(mn1)')

schwu_iroi

PMOS和NMOS组成的CMOS switch 电阻值写成
9 O. d4 N2 ~% r; {' d2 a9 a1 @.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
( y. E! S0 I9 p5 L+ e. ?9 X附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

  r( W+ F- O  [; {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
' |0 D. Q! O& g6 ~0 Mmp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
, [9 _& k" n6 Q' Smn   in     vddah      ...

- _$ N& I* f! W5 |9 ~' w

2 F' T, Q7 {% r6 o( t; U: V  F為何2種方法跑出來不一樣？？
$ x- I* u- a0 n( x% ^& J
! F& c; j3 K9 A8 W) n$ U.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')

" c2 t6 E# W& X4 }3 }4 U.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
& j& Y! b7 R8 q9 s.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

) L, \5 O4 ?" f* v我只PO上TG的RON圖形出來,
上圖是用前三行指令跑出來的RON（2點電壓相減除以電流）
& f# W8 D- S% ?6 U+ M) M- ]下圖是用後三行指令跑出來的RON（直接用電導倒數）
為何跑出來的圖形不一樣,理論上應該是一樣的啊
3 z) f5 T  s2 m+ v$ a能否請各位大大位我解答