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
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，

" [% W3 _- O4 c# ]9 t' S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
6 l" @$ U9 X- t3 O下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
0 v% d" W3 t7 @' C. a1 Q4 {- ^在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
6 X1 [* X# a; y1 R  d7 \可否幫忙解答？
thanks

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
下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
$ s7 e' M. F' Or1 vout 0 1k
) T( S6 o" ~0 Q% f+ |' O在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

* H" w7 C+ q* B6 I. S0 c
* ^2 s! _" \. b! p! y

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
# S) \/ |+ w/ Im1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
. e- |  s. y# G, {7 F4 evvout vout  vss    vss
3 T# g: w# i2 n& d5 q, c" P5 K.dc vvin 0.001 3.3 0.1
.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
  S+ Z% z3 |/ 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)
5 x1 D  C! y8 c5 X3 F& Xvvdd   vdd   0  3.0v
" @; q, Q' i5 }  `: B) v5 d3 svvss   vss   0  0v
" I" m, Z) g4 {$ r+ ^vvin   vin   0  0v
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
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)')
* K) T" R# I# A# m  Y7 B9 z因為版主在回覆時  兩者都有提到  可是還是不清楚
6 o5 Z3 G  W8 R9 W3 x8 e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))')
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
; [: O" x6 E/ C3 V1 z9 b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
* `# v% z, G/ I反之若是PMOS,則是要加最高電位(亦即VDD)
6 p/ A/ {$ Y2 h" R9 Z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)')
$ h& _; J  m) X& f8 s1 V) b這個指令似乎也能看RON的電阻值
" a) _0 i* e- i# A" l2 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
- ~7 M6 X9 ?' [7 h" e6 b" ~0 m% D.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
1 @; h" w$ c8 w& y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 ...

9 [6 g$ X5 R' \$ k' J! Y+ K

嗯嗯  原來如此
意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
3 b2 a6 |2 g( Wnmos : 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))')
, q* b$ s1 u) O( w# Y
6 Z% Q1 h1 [9 X& W7 B4 @那如果是transmission gate的話
0 g( c6 E! o2 P' C5 M3 vvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
7 q. j9 L9 {1 P) ^9 Qvvin   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
7 D! l+ E0 f& H' a3 |因為他不像nmos或者pmos一樣  只有m1的電流可以除
4 P0 }+ l* v( t+ p2 d8 j這樣怎麼求Ron
可否請大大解釋疑惑
1 q9 S# R6 t" T1 r4 C謝謝

finster

可以是各別算出Ron,再運算
+ _1 N7 r, f$ t/ n8 @: E7 W6 H.print r_n=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
0 l. x3 F) S# h6 L.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')
. g$ i2 |2 b+ w, n, ~* ?, Y
6 `3 o" ]4 K. V) K0 _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))')
.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
' k' E& e* a8 T" X: q+ r1 L; |以下是我的SPICE檔

4 t# c1 [7 w; U0 G* M, Fvvdd   vdd   0   dc   3.0V
) S" h: R9 E/ C; U8 w' Uvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
/ }7 d1 M/ C% E6 @7 ~" S% ]m1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
; i4 H) k9 a" W3 g; Z" v6 K( {m2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4
7 E# y/ x6 y$ Q
  S& c% l1 U$ {! [3 }
3 e  E5 S- c' x9 U% ?& Q以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
9 Q/ O0 e4 T( p+ P: `
  b) q' p4 g9 a0 g" H% r" H$ Y.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)')

$ D' s# n3 ~% V
) E0 ~& U. v! }# K9 @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)

* `# m. R. \1 |7 X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
所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算
! L- A% B, T! ?' @. q% S* i
" z( g7 G4 c7 S, `至於兩種方法為何會不同
5 |* I6 [+ q3 P, e3 O0 A( J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
' g5 \+ ~( S0 u4 F5 E7 F7 ?+ ]難道是你的VOUT沒有設對嗎??

dogst

如果我改成下面這樣
  x6 q% u. Y. M* n9 Y/ Y3 b.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)')
. G+ j* F+ {( m5 l電阻就會變正的
可是不管怎麼看  還是覺得不太對
- t/ |. n" y/ a- k3 s1 Y
( k- H' q) c/ q7 B2 {; M. o. k  Y以下是我的spice檔
+ x) g) ~. T0 ^( p# k3 G  I4 tvvdd   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
" \( P; t% }! L/ N% B4 T; d. Q* Sm2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
; W4 G$ P1 d( @* D& m
* U6 M  u( I( Z8 |7 Z) N; P) f*r1    vout  0     1k
/ _* \3 R, J. e8 h$ b5 I.dc vvin 0v 3.0v 0.05v  
' O' v! |3 ~/ \' a! j.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)')
3 V8 B6 z2 Y( i, \0 H" l1 ]" ?
5 L+ z$ Z; [) N7 v.end

希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
2 R  j: J: c% r" q) V& I8 m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

4 M% a" @  O& R! N# e/ R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

5 a2 z: g3 N9 R. D! q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
" D9 @5 Y2 @  V3 `1 \Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

5 S: O+ `4 @" \( D* P9 P; C" W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
% A$ w$ x3 c& R' g5 b3 G& Qmp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
5 F6 R! A, L) ]' |8 \mn   in     vddah     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
vvsa      vsa       0    0
  N+ E9 O& K( L* r% Mvddah  vddah  0    vddah
. |7 V6 F9 T* p& Gvin    in     0    0
.dc vin 0.05 3.295 0.005
.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
, G0 m- I, \8 C* ~/ H8 h; f.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
9 T9 w0 N8 O$ {) Q& D# l& m.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
' y1 Q( S/ \5 O- i1 H這下子  我對開關又懂更多了
$ A- x" l3 b/ m) Y- p1 C1 }Thanks

schwu_iroi

原帖由 hiyato 於 2008-7-7 06:04 PM 發表
順便來請教各位大大
0 X& y7 n1 D( k; L( c有在其他書上看到
2 W7 e9 _+ |: O.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
這個指令似乎也能看RON的電阻值
3 `5 q) F. K1 O% _不過不太了解這個指令的意思？

6 t" V# v0 U; |3 A% J* O
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
3 X( ^, Y& {( d+ E. R附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
$ W' P/ r, u. P: o
/ Z9 G' H# J& `- A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
7 T5 P1 t# N; B1 ?mp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
" U: o" g) U: _' Mmn   in     vddah      ...

3 i) R' i( f. N5 Y2 x為何2種方法跑出來不一樣？？

# C' ]* ^+ L' U( g5 [+ c3 A.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
. S% r2 X6 d. a/ a.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')
, s  ~9 x  [9 A; m9 [1 m
  t! N! n- l6 \5 M, m.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

, Q# y) x/ l6 `" K; g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）
: n+ U( ^# z" i7 R" M) X下圖是用後三行指令跑出來的RON（直接用電導倒數）
) _; a5 T( R9 `* Z# D. `0 A$ ~) y: T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