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
) b* R1 W" K" N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
下面是我寫的spice檔
& v# H/ B1 W" Km1 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
2 R& ?& x) \' p0 T4 `可否幫忙解答？
% v" g4 x7 s) Athanks

finster

原帖由 dogst 於 2008-7-7 12:05 AM 發表
6 X! z$ P  U; {這個問題剛好是最近一直困擾的問題
$ p4 M* U( m; y* `5 [8 y為何不可以(vout-vin)/I阿
8 q9 l" O2 d6 D下面是我寫的spice檔
6 i8 ?. b: \( r4 K; K2 [m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
  i! x% {( z2 h* v) N1 f0 j4 S0 @1 [r1 vout 0 1k
在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

/ X% z8 n/ s, K) w


9 f( ^6 }; ?8 C% d* D; F建議你不要加r1 vout 0 1k
3 Q& O2 z$ x! I6 E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
& e: {1 t- Z; h. m/ B+ R建議的寫法為
5 D; I/ W! k* K$ im1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
2 S9 T1 n& J2 u, ?vvin  vin   vss    vss
' B) o2 R, I0 m, |/ C. ?3 z- nvvout vout  vss    vss
.dc vvin 0.001 3.3 0.1
.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
5 N2 i1 f% @  u5 W  O4 j.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
vvss   vss   0  0v
/ @+ [7 L1 _/ N! R+ |. avvin   vin   0  0v
5 \0 U4 E/ |! Dvvout  vout  0  0v
, v* G! L; F8 k1 Hm1   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)')
+ ^7 Y7 T5 X6 k0 E6 Q% q: \: f8 D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
; S3 h- K$ U1 ~. V0 I& n( r5 V) 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)')
5 K) e' N4 ~. ?: C' ~% v! R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?
' j  b$ a3 s$ ]6 ~Thanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
應該是
+ p1 u$ d& ^9 G.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
- {8 S. ?8 i" J& J$ R1 W* X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)
! n# r: F9 F1 {* k  {+ Z8 E9 U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
" [, T: }% K; t' M' }; k+ p.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
2 Z$ `' w3 f# Q& f) J( U這個指令似乎也能看RON的電阻值
* o* T% z( 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
- X. C& k2 A& M3 ?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 ...

嗯嗯  原來如此
- U& C6 j, }" l* I) @" L; h1 `7 Q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))')
7 c, O+ ]( Q& A9 v; [pmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
3 D+ P( h: R( a+ R2 k+ P
1 `+ y, y7 J$ v) D. f  K$ y* _$ k2 m那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
8 \* P! m7 f6 Dvvin   vin   0   dc   0.0v
7 {6 t4 g5 E9 K" L* Om1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
$ t: o5 K0 o3 ]" hm2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
' b0 \$ Y! b0 p7 f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
& v5 a4 v7 H7 V0 N/ ~- E這樣怎麼求Ron
. `* p  o! [/ z9 k6 q9 x* m( c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))')
9 Z  u& f2 b0 @2 \3 P3 j. K3 H0 [.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
1 p1 J0 P! ^8 X' z.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')
  R6 R# P2 j( H- u- b0 \6 t9 e
" m" Z! q: `  Q- ?' K1 I另外一種方式則是將電流相加再作運算
) c4 X: z% `2 @. m% s3 Y.print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')
% T; {5 V% g# P3 O  t! @6 H; }2 f: Z.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
* `8 y! ^; M- F& B' `以下是我的SPICE檔

+ v$ @1 s, F/ f! w5 i( f5 qvvdd   vdd   0   dc   3.0V
0 {( M. M1 r% p8 Qvvss   vss   0   dc   0.0v
8 I0 X! C9 N6 V' U* ovvin   vin   0   dc   0.0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
! d2 k/ U% D' `  Y& \+ cm2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4


  {- ^- D! t0 |  P% c以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
! }/ F! z; a5 ^4 ~7 v
- \2 a5 N+ N$ s: B) T8 E3 s.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)')
! S% a; l/ l2 j7 K7 r% L' {
- Q5 W. Y; y. \# u, R2 m( L: m5 f" T
' b3 V; P; n1 f; E3 N1 G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)

可否請大大幫忙解答
Thanks

finster

第一個方法為何要(相乘)/(相加)???
1 N& g4 Y5 ~: [0 [* f2 P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
& S% P1 E- f( D9 X' w) {' h/ R2 `4 ~所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算
% ]: l5 K) l5 C8 U
# x+ N% x3 R; o! G' |, y/ d$ J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
0 L; s6 S  z2 w% G5 [. g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
, ~  V8 t4 K7 U% V8 i* Z.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)')
  C3 ^- N+ c: r7 L9 [# d- `電阻就會變正的
8 n' @% C0 u  L; G9 ]/ t" s可是不管怎麼看  還是覺得不太對

以下是我的spice檔
3 K; y5 H- u6 t! \/ j  B+ bvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v

m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
7 N) k8 X& a$ h8 {! y# [. l
*r1    vout  0     1k
3 x" U/ f( P1 ~3 S9 u.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)')
: J$ x% `+ a. c5 K' \4 I.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)')
2 q6 C2 x0 O" T' \4 o* |
.end
% \; W- [6 c2 D0 A! I: k
希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
9 Z' o: ^! l7 s) X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

+ y6 t. A" t, z$ o. H可否幫忙解答
+ x( X( ~+ m: s  C: SThanks

dogst

sorry  上面打錯了
1 o8 @1 U$ a6 _+ W- @4 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
$ D0 B1 c4 Y: {- j; w$ y
5 r$ W, D! k5 |" h9 _還有想要請問一下   跑出來的模擬圖  要怎樣看電阻值呢
% F. ~( A. g/ b) a0 N/ z也就是說 NMOS 跟 transmission gate 的部分  要怎樣看
4 d. F0 C; W$ v  `可否教導一下
* G6 x' B, @; ~& J7 @( @Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
: m! O2 P+ e6 P( ^
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
% Y& A: ?+ G7 n! u# N/ ymn   in     vddah     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
vvsa      vsa       0    0
: r& ]; @2 o. O& U8 Ovddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
( S* g4 X# k+ S0 |6 ~# d8 ^* g.dc vin 0.05 3.295 0.005
4 h7 M% x6 Y2 D; S: g$ B.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
! z) g$ n! s$ w, _0 `4 a+ S.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
. I, A! G, ?, a3 G8 U; P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
, g, `# |4 u. |1 B5 W3 f& F* n  rThanks

schwu_iroi

原帖由 hiyato 於 2008-7-7 06:04 PM 發表
順便來請教各位大大
有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
) C9 O- H$ _6 A: g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？

7 B+ A( m. N( n' R' N* v1 V
8 a% v7 `8 n- }# [$ ]" V7 S5 GLX8(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
' G2 }9 ]9 ^# H.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
8 a1 X6 g( @2 S9 l8 k/ p附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
, Y6 T# I4 A5 }; _1 {. Y
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
& k1 s! c3 s& S5 G  Xmn   in     vddah      ...

8 A& W9 m- f( T, Q) S3 V- V* j( m; ]* Y

為何2種方法跑出來不一樣？？
# ]  T0 ]' }% U  O* S
9 y' }7 O$ O$ v5 T9 j.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
" I9 \/ s: \7 G$ s4 M# V: K.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
- C8 c( M' C. q# E: ~) q.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')

$ E6 L4 o  |( j5 _2 H.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')
1 q0 w$ C& N: c; ]" G  O1 ^) H
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）
- l) m3 ]% a. N& ]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