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
! ~& h# g% d$ r# R+ }4 l! 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
6 B' Z9 N! E9 K% y! W7 \2 p5 `$ Z8 R! ?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，
' Q8 }, K. C& n* a3 ^0 H
+ E8 P7 B3 v2 {: h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
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
在.print部份
% e. T' U: w$ P5 K6 A& Z8 F是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
. {2 R+ k. ~; S1 j可否幫忙解答？
thanks

finster

原帖由 dogst 於 2008-7-7 12:05 AM 發表
) n8 s1 U( t7 _: \& C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
, q3 i+ l; G5 z* d# D2 @下面是我寫的spice檔
( R: z1 V  I  }6 A6 A$ |" U+ h2 gm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
6 x( _& T1 j* `4 V) q. u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
$ u  D$ P" ?. F" {, ^: }( 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
  s2 p) w; N5 I* M* u/ Z, b' @建議的寫法為
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
! S; F5 @- f/ f4 Y* V0 A- Lvvin  vin   vss    vss
vvout vout  vss    vss
.dc vvin 0.001 3.3 0.1
0 K6 ^$ B6 g" L7 C% E.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
; M' R: y; c2 h. Z.print i(m1)

dogst

嗯嗯  有沒有加電阻  真的有差  謝謝
5 ]' g+ g% @& L9 g% o可是又有一個問題(不好意思 問題真多 多多包含)
# Q$ q1 ^$ q1 Z4 F% T8 m' e+ Zvvdd   vdd   0  3.0v
3 W9 ]  C! O8 L3 P" u) e% tvvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
2 F2 t/ @0 q* Z  i* c% f$ E1 [vvout  vout  0  0v
m1   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)')
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
8 @9 p/ Q' ~% i; Q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)')
1 i, f& G' R9 }4 z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?
$ M+ v0 a+ d# y6 K8 W6 u9 A2 dThanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
# p1 Q3 H6 r" L# r" \$ Y2 b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
反之若是PMOS,則是要加最高電位(亦即VDD)
( N+ w8 w8 |) O2 ~  [! ^' F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
/ ]9 U2 T& {, A- p0 `' o有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
2 l7 G+ O, \% q, R. J, z! T" m; T這個指令似乎也能看RON的電阻值
5 w3 J6 U' E& @% ?- ?" |: i6 ~- {+ u% ^* 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
應該是
.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
+ Y0 T7 a6 M1 l9 ^) B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 ...

0 C' g  Q+ H. l
% p0 A7 j$ y1 _0 H; r' Z3 q5 O/ _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))')
) }5 O/ r3 N6 v9 X  `pmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
" x8 |: M7 p/ O/ o! p7 y3 s
5 z+ k7 m6 ?% x, J! Q; `那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
9 p. W9 z5 w$ w' A0 v( {4 {! Pvvin   vin   0   dc   0.0v
m1   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
因為他不像nmos或者pmos一樣  只有m1的電流可以除
! v: v( g( |; y2 z& d這樣怎麼求Ron
可否請大大解釋疑惑
4 G. S2 u) O) i* ~* I/ n. d. a* _  `謝謝

finster

可以是各別算出Ron,再運算
- a1 t% ~: `; o! c: T$ c; m( t" Q6 h5 H.print r_n=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
" Y+ k  k. s( A! M4 R3 D0 q.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
- V! r' k5 b2 X  d) M1 g8 D.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')
( P. v$ }% j+ B/ b9 d0 }
. F2 [& y# a9 T- b( a/ K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))')
* }+ n$ M/ e$ e# C4 O/ 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

+ L" N$ J4 S9 Vvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
* e+ ~1 [" a$ F) uvvin   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
8 _6 ]7 Z) x. S. }; y+ ?: c
7 x* ?9 N, D3 r8 d& D; t6 G, m$ _
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)')
9 f  J. i1 }. r( T
# P" i6 T' Z. U& }7 D, e& Z$ ?( b; R
* W8 d. @8 Q) \  l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)
7 r$ a: U) x9 O/ ?5 e* M7 X) U
, ~0 E) {6 r5 `' P可否請大大幫忙解答
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
9 y. U4 r2 P- e1 y, E0 |6 L6 w所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算

- R, c- W: p/ x7 {4 n至於兩種方法為何會不同
( K4 R4 d$ v6 \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
  f& @8 a: W& a: `/ O& @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
+ d4 h1 C  h. T0 j. I0 h.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
  i9 h" ?' ]& k
以下是我的spice檔
+ _  W/ \0 v1 B5 Nvvdd   vdd   0   dc   3.0V
- N3 e1 `8 y" K$ W9 w! rvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
1 Q* q5 Q9 M3 W8 {+ M
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
2 o& ?! |% c6 {0 o4 I5 }% v
* v6 R% @5 D9 u( M*r1    vout  0     1k
' @/ {, X9 f3 z: h1 {.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)')
! C  j8 O, [4 E.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)')
" C, a! N1 |2 o) E: P( t: u
.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
" }, L) B. v$ A' `8 O9 p! r
6 i; A" j8 r7 l可否幫忙解答
. n8 R/ y! H: y. \0 }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
, }" D! ^6 Q: T9 [* N
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
Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

, f: N+ i9 g1 U" }* I/ n/ b. x1 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
3 w9 y: a4 j; K* U$ U* nvddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
.dc vin 0.05 3.295 0.005
! W8 E1 h+ A' [; f/ o' w+ k.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
# ~9 P' ~: g& q6 ^3 H# l% n- l.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
- K2 ]& j/ N9 F/ I7 F2 W% F順便來請教各位大大
有在其他書上看到
- d1 q8 ?( T) u.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
) G2 k. ~  r: 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？

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
$ q, M- W) A' g5 h3 B.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 z# j: R+ w) m$ l* H) V0 r: x, T
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
! Z- o3 I6 j9 S7 s4 N4 Mmn   in     vddah      ...

為何2種方法跑出來不一樣？？

2 U( B# N- ^) z( o! t4 a- C.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)')
+ b0 c+ @) Q- z' y6 N) M# b.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

9 C. e8 k: h6 r8 E% i) }# U3 {8 E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