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
( P: Y$ o* Z4 h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，
5 v$ L9 R9 U  C/ X
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
下面是我寫的spice檔
, o# x; R0 `# Sm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
可否幫忙解答？
+ s" X6 d- d: Tthanks

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
為何不可以(vout-vin)/I阿
% x/ b1 t9 r$ w下面是我寫的spice檔
5 X/ W+ ~# w8 o$ lm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
# ]9 U* Y4 w- _! I9 X, o3 R  s在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

建議你不要加r1 vout 0 1k
& ]6 w$ g8 _2 y: r  f6 i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
+ X0 j9 o; W0 C! Rm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
vvout vout  vss    vss
.dc vvin 0.001 3.3 0.1
3 n1 ~4 s; u3 }% _" ~.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
& @3 x5 h4 Z! xvvss   vss   0  0v
$ F7 X1 }6 y2 E6 g+ u/ [9 O& B+ wvvin   vin   0  0v
vvout  vout  0  0v
$ o3 i, [; ~, f. k% rm1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
; M( r' }, o& P! c.print a=par('(v(vin)-v(vout))/i(m1)') b=par('v(vin)/i(m1)')
4 `3 J* Y5 ]7 G8 e$ q; ^% L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)')
+ V' m6 |5 U  E+ v  g$ R- ]2 \因為版主在回覆時  兩者都有提到  可是還是不清楚
+ n! D" G4 R4 h0 b) y. e. y7 O可否幫忙解答?
Thanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
應該是
.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
  W& i6 B# s( S0 t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
, Z% x0 ~- }) \' e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
有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
這個指令似乎也能看RON的電阻值
" v/ U$ o9 A( g7 E7 F$ f! q! _* x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
/ D8 R* R) ~& k' o應該是
3 z" g: Y1 A, R* N.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
& ^  k; i& m, a8 t% X! h$ m/ 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
- u/ k+ @. w) ]+ p另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

& ]+ g* J# J% m! m0 j- |嗯嗯  原來如此
意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
$ b; f' J9 A) I; A# }# Tnmos : 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))')
; B3 h+ P6 P! j& c
那如果是transmission gate的話
3 g4 Q1 @$ Q- Svvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
% S! W8 x$ M$ S/ D/ t% t: Fm1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
那麼在.print部份的話  要怎麼寫
. B2 m) b8 ]9 \4 W; H$ y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
1 r* @8 h5 g' m可否請大大解釋疑惑
謝謝

finster

可以是各別算出Ron,再運算
  J' W4 z& b5 O; O.print r_n=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
. z; d2 ~  _/ f& k) Y3 `& Y.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

% r- b, g- k" g4 H另外一種方式則是將電流相加再作運算
.print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')
3 G5 O4 ^5 k+ g% M4 Y( Y+ D" B" c.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
/ l/ R- p! E1 D; j) v1 C以下是我的SPICE檔

vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
' c$ w+ G* q* tm1   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
( o8 J! H; }4 K( Z
- N% U' j$ e3 Z5 A" g  `/ A4 [
以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
5 \' [5 g: k1 c0 G# u
.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)')
3 E) q' V. g. n5 z. @- [- }
: m. H1 O* k; \/ G# D
為何兩個結果會不一樣呢
6 r0 `$ a2 [5 n  B" v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
$ X5 \( a& O" d' S0 ~Thanks

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
5 a, W0 d5 W) _9 b# S7 _+ B+ p所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算

( z, H" v/ W" K; e至於兩種方法為何會不同
# F3 \# b; y( t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
2 j! ?& E% n/ E* r$ U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
. `, x+ Y. Q) E& y( S8 y- j0 _.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)')
電阻就會變正的
' J0 P6 V2 r) R$ C1 S可是不管怎麼看  還是覺得不太對
) x7 G; m* `7 ]8 N
( H2 U7 ]' v3 p以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
0 Q! ]0 m% H) ~+ r( q. Vvvss   vss   0   dc   0.0v
7 k+ k; g2 @8 \' o: n  X# nvvin   vin   0   dc   0.0v
1 R* m2 U, R  O- i# g
4 a- P  B, l  n4 k9 rm1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  

, N4 K2 a# }" @0 r4 e*r1    vout  0     1k
7 W/ u* N0 y: C* K3 g.dc vvin 0v 3.0v 0.05v  
) p  ]7 B) Q6 y* j. v6 @5 }.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)')
7 _! {/ d1 q- @# R: n6 o# a
9 `1 ^% p7 U0 }& a5 d.end
" ?: ^% I# C* l, [
希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
. w6 j, M# G/ b* @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

可否幫忙解答
Thanks

dogst

sorry  上面打錯了
0 R  m/ A1 Q, Z5 F+ n% Z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

) q& j& F2 L+ f7 A! r7 W還有想要請問一下   跑出來的模擬圖  要怎樣看電阻值呢
$ p# y1 B6 t6 L也就是說 NMOS 跟 transmission gate 的部分  要怎樣看
- U* p, l7 ?+ d$ U  ?  d* P3 T7 \, R可否教導一下
Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

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
% m. e/ y5 S9 R6 g  v1 {, }" v( C.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
$ c* ~9 Q" U# ^) H.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
7 n. x, \4 F* R. Q( q" x8 j% q.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
: f  z( P7 |# z4 y, a: {7 O* [! o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
# r2 [7 y  _3 N1 J, ~; d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
0 v1 q6 j5 Z; ]* Q順便來請教各位大大
有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
' I. y0 [) B6 H" ^, |1 _這個指令似乎也能看RON的電阻值
! E0 I: D. ^. k! n$ K9 z' `/ h6 g不過不太了解這個指令的意思？

' r0 o8 `+ V  D% [/ D% k% D
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。
$ M1 G% [$ M; @' j2 e  E.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
4 D; P* T8 h) A0 `0 e$ |) ~1 e% R附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

0 `" t, {8 Z& {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
- S) O/ U2 |) z' R- c6 d$ g4 smp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
. S9 T: u6 P" y3 ?; hmn   in     vddah      ...

+ v$ b6 ~7 F. O, ^
# N- t/ ?% A8 X8 P- d& R
為何2種方法跑出來不一樣？？

' S* d7 x- k+ r, m, D5 r( l.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
/ m' z2 ^. m  R, g* X7 g$ n7 [/ f+ 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)')
.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

$ `; p% M, ]5 d. b  l/ ]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）
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
能否請各位大大位我解答