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
' |/ c5 d; V6 ?, B: ]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，

谢谢您的解答！

dogst

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
$ n) R& d& I* f下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
) ^8 X8 v' b- w, ^2 @; k7 T* Z在.print部份
, \8 G+ D! v" ^0 K0 t是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
# M- ]" T* Z. u6 [0 c* E2 D: E4 ^可否幫忙解答？
  X( I% m+ }3 q: J& hthanks

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
( n* g8 v+ `2 B; h( E4 d, u+ a為何不可以(vout-vin)/I阿
4 |, x9 F) A" B/ b* l/ |下面是我寫的spice檔
. k+ ?1 U. X  Zm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
) p9 h3 T9 O  u# d& k9 Y在.print部份
2 J8 s6 @* m; T+ X是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

! w/ M9 ?+ K- q$ W4 S
2 {' S, ^& b* U2 a. \1 O
建議你不要加r1 vout 0 1k
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
8 x# T7 Z/ R, _* L0 a! Uvvin  vin   vss    vss
# z- W! ^, \( jvvout vout  vss    vss
( e9 [8 i7 [( W1 k.dc vvin 0.001 3.3 0.1
.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
.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)
vvdd   vdd   0  3.0v
2 a* S- V8 A$ f9 Q3 P$ m; f8 yvvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
vvout  vout  0  0v
1 u9 ^) Y: B# M* }3 tm1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
$ X: z# S3 W7 v" }) x$ |/ G.print a=par('(v(vin)-v(vout))/i(m1)') b=par('v(vin)/i(m1)')
- v! ^  A- D4 s( f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)')
6 X/ ~6 c' q8 ?' J: @! ?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
' ^1 i) d3 [6 R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
/ U! p6 b" \1 W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
1 U) Y. ]; q) P# R有在其他書上看到
% `0 g9 i4 l; b.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
這個指令似乎也能看RON的電阻值
4 P) y( ^- U; A2 q) H/ U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
' i. v" t* ^) I' u! p5 X應該是
7 s- P: C) R9 P0 E.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
* M2 g9 X, l; Y0 C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 ...

2 m2 P0 S0 o; f7 j. K& T. M

嗯嗯  原來如此
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))')
6 w6 R: c6 Y; ?. F: v- g, r
那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
9 n9 l4 W0 O4 Q% L9 }vvss   vss   0   dc   0.0v
' q$ {4 M4 n5 G% ^$ i8 cvvin   vin   0   dc   0.0v
  d* [+ _2 }: `- E: Wm1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
5 x6 p& I- r# @; I1 _( C# 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
這樣怎麼求Ron
" f9 Z6 X# }0 H& g9 f  G" P* a可否請大大解釋疑惑
' D$ X' k+ e) Q4 V1 y$ D6 x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))')
.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
7 J$ _4 o+ }( Z' O0 F  ?.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

/ `6 y( d- q4 [9 Q% D; M, t: X另外一種方式則是將電流相加再作運算
' Q: z+ d) l4 `6 ].print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')
1 |4 C4 Q3 h" N( \.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

  t% X  o: k3 O  a  p/ ivvdd   vdd   0   dc   3.0V
! U' E8 r+ b+ q# ~vvss   vss   0   dc   0.0v
& e" a9 e2 t$ g% k, n* Avvin   vin   0   dc   0.0v
/ o* ~6 e* Z: ]' V4 n9 Zm1   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
/ Q. C( X; `; m2 y8 l
/ n8 I" C! G2 ~/ p. |/ n
1 _& |, T- `! U- L6 N以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
$ Z$ R: X% W) b* \9 d
" E4 `" q1 n6 h, \- o.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)')

7 M. }+ _8 F) j6 _1 `: ?
為何兩個結果會不一樣呢
而且很納悶的是第二個方法為何要(相乘)/(相加)

! |! W8 Q2 r! P: }可否請大大幫忙解答
* y9 ^3 K0 v7 [: y3 ?1 j7 qThanks

finster

第一個方法為何要(相乘)/(相加)???
0 Z$ B7 d# d" N, p  o2 \8 O) O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
所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算

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
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
.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)')
/ S, z6 s0 M. q6 W2 u電阻就會變正的
可是不管怎麼看  還是覺得不太對

以下是我的spice檔
8 V, Z+ F1 H7 Y6 }# W! \2 T4 {5 S0 @vvdd   vdd   0   dc   3.0V
1 F* P* g6 V5 g3 F9 O6 q2 Vvvss   vss   0   dc   0.0v
" ]7 t& W1 R0 f" S, f2 j5 J2 Yvvin   vin   0   dc   0.0v

: ?( P" t2 \" Q4 K$ p! nm1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
3 k7 V; y7 E; ~+ M
*r1    vout  0     1k
.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)')
.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)')
% S* V, |7 J$ z5 p
  r% f' ]: r1 Z" v% O! Y/ @.end
  z4 C3 @+ b) ~: C4 i4 ?; l4 v1 l
希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
' ]3 s. o4 o2 c. I2 G: z. {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

) r; [1 W' t" L$ K& C3 F: X- |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

" s6 L+ R0 B* @& b$ h9 G還有想要請問一下   跑出來的模擬圖  要怎樣看電阻值呢
% u# X5 K8 q- L* I5 @也就是說 NMOS 跟 transmission gate 的部分  要怎樣看
6 _6 u# C. c+ R5 G3 j' t可否教導一下
Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
! }& H8 k$ t2 f3 A: i+ M/ t: t
& q, O# o1 ?0 U5 l3 ]0 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
mn   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
.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
  H: [- e  ?9 s4 U.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
, z) e) V% |/ z8 p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 ^+ j9 s: w" v5 T4 ~. V順便來請教各位大大
7 Z/ G! m- w" e5 R7 l& O6 @有在其他書上看到
, Y. l* M1 b' G.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
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？

2 f* [$ m8 b' r7 O6 F8 ^3 g" ILX8(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。
.probe Ron=par('1/gdso(mn1)')

schwu_iroi

PMOS和NMOS组成的CMOS switch 电阻值写成
.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
  l4 h+ j3 U( e4 c# I0 q  |附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

7 D4 v' V3 i+ ]0 `* J, ~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
( p# ~% i; O& |8 x+ b! smp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
: X9 x# t% ?( e3 e3 n1 ^, zmn   in     vddah      ...

! E6 W9 g8 m% D. m. v7 _

5 D( }/ a' C( c* t3 d# \為何2種方法跑出來不一樣？？

2 p" g6 M$ b. ?, D6 ].print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
0 S: S7 w& k% c.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')

.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
! m0 o4 V) z) i+ p' C9 \.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

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）
" v% i( S2 I! E* ^0 e* S: @4 ]% @下圖是用後三行指令跑出來的RON（直接用電導倒數）
$ i3 D1 f  c* F1 _為何跑出來的圖形不一樣,理論上應該是一樣的啊
能否請各位大大位我解答