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
3 J0 f' v' s9 h# A. R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
' q! ?4 ?0 `2 F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
: N9 }; ^% U+ L, b為何不可以(vout-vin)/I阿
( |9 K- E  Y" I2 X9 A下面是我寫的spice檔
, }/ I' c6 @" k- m0 j" H; Mm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
/ D% _! I1 |1 H3 w: Y8 o* Y0 k7 P: g  Pr1 vout 0 1k
在.print部份
6 A: W+ a/ B& C0 |; {3 b* F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？
0 ~; Z7 B# U7 p1 `" s9 c  jthanks

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
) B. q/ V+ V) X/ b1 z- K" v為何不可以(vout-vin)/I阿
下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
9 Y  F( C# h3 l8 R6 P( s0 Lr1 vout 0 1k
在.print部份
5 |& u; S8 ~/ B9 s是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

建議你不要加r1 vout 0 1k
& J: m# E; u: j5 h; H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
: @# r" I- _7 O建議的寫法為
' X) |/ o& z! s4 B, ?" K- m0 |6 o: r  Cm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
; D" B; Y6 @3 E0 P3 I  r4 J$ zvvin  vin   vss    vss
vvout vout  vss    vss
1 m% j$ x. Z3 Z.dc vvin 0.001 3.3 0.1
' \5 B8 A" T& ~3 ~5 _0 G7 N.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
. e" J6 C* C( ?' Q5 X可是又有一個問題(不好意思 問題真多 多多包含)
0 l$ k; w# Y3 G6 nvvdd   vdd   0  3.0v
. ?4 ]: m: S! v+ g, yvvss   vss   0  0v
4 U& |; ], M; r! @1 U( K) `vvin   vin   0  0v
/ k" q! S: z6 R1 E9 v2 g0 F; \vvout  vout  0  0v
% D4 e$ [6 _1 t# L8 T9 v$ Zm1   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)')
/ j7 M' @% S, {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)')
* a8 V- v3 I, j# E2 q4 @9 W因為版主在回覆時  兩者都有提到  可是還是不清楚
7 k4 I- c% B9 a3 U# ?. U: h可否幫忙解答?
  Q6 V# i0 U) m* FThanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
應該是
8 R8 _  e# M3 Q.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
7 X& @9 Q, R# k. [# \0 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
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)
1 k4 w3 A+ }- C) @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
' W' E' ~. f5 l0 k1 u8 D有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
) F: E" z+ M2 F2 d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？

dogst

原帖由 finster 於 2008-7-7 05:25 PM 發表
& g5 u1 h  g, x  \  Q0 F不好意思,一時之間沒留意到
1 a; e$ y$ W5 [  J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 ...

( U- s' _- @* ]( W. v
嗯嗯  原來如此
: l) M1 ~7 ~7 g; v意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
( R) x+ ^- C/ G# [nmos : m1 vin vdd vout vss ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
0 w. j, x% k. T; bpmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')

0 Q0 C/ C5 ~+ b' l, T那如果是transmission gate的話
/ j- v/ ~6 ?: B2 u6 C* X9 B+ y9 uvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
& C( I0 y. V1 O5 o0 Z3 K$ v+ fvvin   vin   0   dc   0.0v
: b0 g" T% [- E% a) b" V8 B: ^m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
+ U! c+ G5 z5 g# k# j) g. S' n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
: G. o. }; q2 R7 r4 _  t可否請大大解釋疑惑
  W( C; B' X$ R% V謝謝

finster

可以是各別算出Ron,再運算
& U9 L" L& y7 ]0 _% H0 G0 R: R" C.print r_n=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
( L6 h8 Q8 B. b6 Z3 z" u! h.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')
5 U0 t) b* ^* r" z5 ]
另外一種方式則是將電流相加再作運算
6 p  [5 h6 P  _1 q. i/ v, d! e5 i, M.print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')
+ l1 W+ N$ r" m( F; r( e.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

9 I+ b9 \4 J9 q; p) avvdd   vdd   0   dc   3.0V
0 T, o: [" C7 q1 P1 m. V7 Bvvss   vss   0   dc   0.0v
5 Z: K# l! t- H  Mvvin   vin   0   dc   0.0v
% Z5 Z2 w" d: y, om1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
; W3 m" j! ^7 m1 J# E; Km2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4
, x4 {) r9 x( T: k

: Y. e4 D1 x) X. e* M: {3 b2 x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)')
$ B# [. E  `8 f
' I8 P6 d2 \6 B3 M" s7 \
: z- _! x2 E5 H, R3 d* \為何兩個結果會不一樣呢
0 f( p: c3 \; r7 }+ j$ A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)???
* q: z' L( V% ?* {) R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
/ ?$ m7 r; N5 C$ }" K8 l+ ?% `
0 L3 c7 L8 ?% N$ [$ r3 d2 ^/ C9 X至於兩種方法為何會不同
) l& T2 K# U' ^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
) k/ y$ }( r( S2 {" z3 s0 W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
- a2 @1 E6 v" k. V.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
可是不管怎麼看  還是覺得不太對
) p8 j( D  A% X
6 {% g7 _8 ^) N. D以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
, r1 s4 g$ |* I( N& R  `& U: nvvss   vss   0   dc   0.0v
! X9 L, i3 K) M: M4 ivvin   vin   0   dc   0.0v

$ }  ~7 [$ W0 A& C) V& Wm1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
8 X; L9 {6 Q6 U# b" L* f" e
*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)')
6 ~, s/ J" T5 C1 z7 C.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)')
/ m2 ]) q' L. W: J) j
.end

希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
- K& E7 v0 H; N: U" {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

, d2 y5 K, d$ ~可否幫忙解答
8 d9 W0 A. d& J0 g7 lThanks

dogst

sorry  上面打錯了
4 N+ Z. o, Y8 z& Y  |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

8 E8 ?5 q$ F. k$ S& R5 a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
- [: K& w- Y6 [Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

6 g/ k; j$ M" q! C" Q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
7 P3 c6 o% Q. Kvvsa      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))')
5 j7 n7 h5 h3 }( s.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
. n$ F7 a7 j- N- k- H' a% Q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
$ A. l+ ~3 [+ J  G, x% D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
不過不太了解這個指令的意思？

3 y& y: h' ]: T6 |* m
" J9 |4 P' ]. C5 g! v- Z" h/ ]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。
.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
附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
5 Q0 A3 {* b7 F& V- b
, y& S0 ^* l9 B3 p8 n% \7 `. 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
6 d* j1 t- d8 w# F# |2 Emp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
mn   in     vddah      ...

2 U7 J7 \  p0 T
為何2種方法跑出來不一樣？？
4 q$ s! d9 H/ r5 O! ]
  H7 Z6 c: W$ h, N+ C5 p: Y- ~.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)')

.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

+ V8 L5 n" s5 B9 @我只PO上TG的RON圖形出來,
. p) y, i( F. ^( R, F& C上圖是用前三行指令跑出來的RON（2點電壓相減除以電流）
* }. W4 s, s" t& x! k9 O0 b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