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 b) v6 W: l) ^  P- N2 v, }3 Z2 j. 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，

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
4 R9 Q/ P, F8 I+ v$ y) b; F下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
! z# M' K  C3 |1 f+ D0 `6 dr1 vout 0 1k
* p3 K- y) q+ {; C4 f( i在.print部份
. Z* ^' B  ?! u- ^* E+ P- {! A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？
thanks

finster

原帖由 dogst 於 2008-7-7 12:05 AM 發表
. [7 J7 p% F. J, v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
. C, L) ]3 h2 a2 S/ |下面是我寫的spice檔
+ m. V2 |' \* q9 |9 ~0 jm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
  @. U0 \, V' \+ B0 h; ]在.print部份
7 S- p  d. S# Y: Q( V2 O是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

/ @1 _. R& \  `
" ~: f  o2 ?0 F( L( H  C

! d3 v! k. X& v. `, S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
0 J" S  p" U$ s8 G建議的寫法為
" ^. w. ^4 f: ^- w; R* C0 k+ bm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
$ `1 k( z5 [3 [* ?, [! l: nvvout vout  vss    vss
0 s/ l1 R2 }# \" [8 Y7 e; d.dc vvin 0.001 3.3 0.1
.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
: c% y. R9 D! F" V( L+ C1 a( u9 @.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)
6 U/ Q  E0 c/ t1 B5 L4 L$ mvvdd   vdd   0  3.0v
vvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
vvout  vout  0  0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
( \2 W# m% k0 t! K( `; m# Q.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
0 [+ O& ^. \0 |" C2 W+ E& z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 Y( ~3 U) `8 u1 F) y0 \; }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?
Thanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
) n" P* v6 j  q應該是
" u+ z' {0 g, ~, ?# T) d; O% ?2 M.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
& [6 [8 r+ J* g. B2 ^" N1 A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' [2 W$ C" h, S+ F: o: K9 I- A$ 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
反之若是PMOS,則是要加最高電位(亦即VDD)
0 D# Q( e4 ]7 `* j/ x$ 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
# m; p* O- D- j" r有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
& y/ b% Q* y0 q' _$ Q) J' m這個指令似乎也能看RON的電阻值
$ D0 E7 |4 T$ O# ~- i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))')
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 ...

# p0 a. o9 `! ~3 X5 |6 t' G
嗯嗯  原來如此
意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
; x! O/ L& H/ d/ i3 H  Jnmos : 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))')
# T# t) R  w7 I: B' q. T
) R$ E7 a; M% ?那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
+ H0 G5 a; G; q, M6 ]4 j8 i7 o2 Kvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
. Y& T5 A$ Z* l; \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
這樣怎麼求Ron
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))')
- `, V1 a3 Y$ j5 I.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
% _+ I: `# \! t" W* z: i/ ].print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

! _  v, N4 O" Z3 V3 _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))')
* @: ^0 _" O/ ~/ Y2 ].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

+ r9 n, D' t/ X3 evvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
! V! s5 E9 b) ?9 w4 V+ l: @7 P2 jvvin   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
1 ~6 {+ ?, K' K: m" n. I
6 ^( q8 ~" C* |5 @7 w7 t, S
4 R3 [: n/ t& l/ @* B以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
9 }+ x$ m# H* Q' T! x. @
4 g1 W* l, ~* l, A, {.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)')


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)???
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
2 a" S9 u% G7 N6 q$ t$ G所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算

5 t$ ^! M9 F8 L6 |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
5 V1 S; D5 h% v2 i' s. N8 j這點很不合理
( d  @; }# T7 q! z1 m難道是你的VOUT沒有設對嗎??

dogst

如果我改成下面這樣
: y7 i6 m: x* @, R3 {& O3 A8 o0 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
  _2 s9 M- h8 L: x6 ~可是不管怎麼看  還是覺得不太對
( G, g7 a$ s) b$ m0 D& N
# \0 L0 [: ]; n: a! y以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
  E5 {1 }* s/ `9 @# B8 Wvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
; x  t% Q* }7 }9 X; T
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
& F. O. q6 ^4 nm2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
) S& W8 W1 _6 U: @! D4 w
*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)')
.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)')

.end

7 q% ~1 `$ r5 i1 t+ P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

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

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
" n4 d4 u" b9 E7 LThanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
2 d. U6 ~, Y+ Q7 V9 }
7 y1 |) R- s2 F, _4 D9 B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
+ p! E, U) y: J) h0 Qmn   in     vddah     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
vvsa      vsa       0    0
vddah  vddah  0    vddah
9 D, O" J$ L- d( g: ^* Pvin    in     0    0
$ q3 `3 A0 Q/ H.dc vin 0.05 3.295 0.005
$ I) p' ^. H6 Q# o( v.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
1 @3 }5 f  L$ W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
! X! x  P  U( y. b& O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
8 H% h* B3 b8 e- m' s  r$ ?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
.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
" L$ }9 }# ?$ [, H: q! X附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

0 N' w' a3 h  b. f3 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
mp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
mn   in     vddah      ...

為何2種方法跑出來不一樣？？

.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
1 K3 T6 W' P  k+ u1 N% M- @4 V.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
3 j& G( f7 T" ], ?* G.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')

0 r8 ~  j5 `' c7 k4 C.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
; @4 _" [4 e8 g.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')
0 B: U) `/ |  ?/ l+ l
我只PO上TG的RON圖形出來,
$ t+ }# {: K+ w5 x/ k/ R; y上圖是用前三行指令跑出來的RON（2點電壓相減除以電流）
! G# y& D7 V* f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