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
- }, W  n, t* |6 @" v( j2 @% l5 j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，
5 R7 N% ]% s9 r+ ?' E+ W
) a6 w5 r( j  S; {谢谢您的解答！

dogst

這個問題剛好是最近一直困擾的問題
; g% m1 l# r( e; h4 a1 b為何不可以(vout-vin)/I阿
# i" y1 ?% x( H# `0 o3 K下面是我寫的spice檔
. N( @8 K/ v! Y" ?, om1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
- X2 U3 D/ H+ Y3 a6 {r1 vout 0 1k
! i+ L/ n  `- S8 x3 X) f  _在.print部份
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
$ @3 m3 B+ S' h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
# C5 t) N6 v, `; t5 Q3 c下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
5 H) S4 _9 f' v) u5 J在.print部份
是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

, `* d$ }: o; l; Y: P8 V  w. S
: V# r' D3 J3 E( t0 I
建議你不要加r1 vout 0 1k
' J0 [$ I  r/ v. e4 U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
3 n! d) W$ f( `. J, y3 V建議的寫法為
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
6 `0 g3 E$ z" h- U* Zvvout vout  vss    vss
+ p' K0 M- }$ I3 m& W) O% ~$ }.dc vvin 0.001 3.3 0.1
0 c; i( Y4 r- W! p3 l8 x.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
可是又有一個問題(不好意思 問題真多 多多包含)
$ L+ p8 X& o3 o! |+ Qvvdd   vdd   0  3.0v
; U0 A8 |$ U+ `" U; L: ]vvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
vvout  vout  0  0v
- _3 k! o, t! T" [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)')
: v1 S$ u- m) Q% i; C: c, U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)')
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?
8 [1 M6 e% G! E0 F! FThanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
應該是
# r- H% j0 |* ^) t2 F3 R.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
, f- G) E+ W0 W2 W4 |2 b5 ^反之若是PMOS,則是要加最高電位(亦即VDD)
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
$ Q' K; h+ S# O: j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
! L; h4 K8 c2 Z2 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
- J, j' O1 {# Z9 }* V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
$ k* x' \6 s& M5 t另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

; p7 `2 Y: p, F3 v. A" e
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))')
4 ^5 F2 v* \- b3 o3 j& ]% f6 _1 Kpmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')

那如果是transmission gate的話
9 ~9 |2 i3 g" T0 U" P9 A2 Qvvdd   vdd   0   dc   3.0V
* ?0 x6 B: I% hvvss   vss   0   dc   0.0v
2 R/ j6 i( [4 K2 F1 a6 f+ Fvvin   vin   0   dc   0.0v
% U6 Z, R6 E& q8 F, Z) ^4 ^m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
. K8 B3 Y4 b; q! W9 I/ O: |% P# _m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
( A% Y: n3 j3 C8 K! ^7 \6 w那麼在.print部份的話  要怎麼寫
2 u" F. F. e+ [' D: k. F: X  K$ G, d因為他不像nmos或者pmos一樣  只有m1的電流可以除
1 s  _. j0 w: s# f) G# C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))')
.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
7 h: [: |" A5 X$ y" K.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

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
以下是我的SPICE檔
2 }; r1 k& h) G/ r* Z4 W/ \- h
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
% Y' d- O# [/ g, l9 }% mm1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
$ t2 O( B4 w) @+ cm2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4


$ O( G4 U/ t4 m以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
* s+ f2 m) a; F0 p9 ^' T
* ]& s- Z& o$ S8 o+ 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)')
) ^: @; V: r: X3 _4 i

為何兩個結果會不一樣呢
, t: e3 y, T9 b4 R% T而且很納悶的是第二個方法為何要(相乘)/(相加)

0 E1 p7 E7 j7 k' @* }: z6 i可否請大大幫忙解答
1 x9 {% ~7 E* JThanks

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

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
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
4 o6 y; Q" E& m* u.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 \. l3 H( ^! U# T  F# ^可是不管怎麼看  還是覺得不太對

: v3 z$ B4 p6 j/ A" n/ R. r* G以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
! Q: S* h' `( c9 q$ Ovvss   vss   0   dc   0.0v
% z9 v% D% n7 n" C$ Ivvin   vin   0   dc   0.0v
7 g7 y0 D  T" x  j1 r  ^+ D1 T
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
/ N/ i( a7 _- J' w2 n
*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)')
, A! C; a; E# G5 s7 n.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)')
  p4 c: B) `/ g+ N8 @! `9 g( v8 g
( m! s9 W; d" D& |) V& z) W3 ~8 H.end

# m) Y2 t0 n- l, ^6 T- H& ~: Y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
1 ^+ q9 t; ^$ Y. @- S$ t4 T, b
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

6 S3 K& B, \) _( S7 ?, P6 y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
! x6 p/ x& z- E% K8 G+ X2 [) DThanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

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
9 I2 \7 E* i/ @8 Xmp   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
; p% p  d2 _! Y* W5 }vvsa      vsa       0    0
vddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
' v5 p0 }( v/ ?- I/ `3 {7 z& p.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))')
8 Z4 L6 E- a4 D1 X4 w5 {.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
, ~. @  S7 ]  K  U# Z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
順便來請教各位大大
; L0 ~. [6 b; k) \: q有在其他書上看到
6 u) z  e1 w- j- c! k.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？

7 O9 k2 m" k" t
" @3 [5 O- n. ~+ I. o' \! c7 s  VLX8(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
$ z2 y! ~8 k& `7 b1 d.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 k# ~# z  x  m8 L" q附圖Noname1應該就你說書上的圖吧

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
9 i+ `" ^: R. I" m# e+ ]1 Ymp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
/ n) ^) l; a- f% [8 xmn   in     vddah      ...

; O* y2 C2 s( T3 j( k- h

為何2種方法跑出來不一樣？？

/ g) v9 X% u$ a) C8 z8 W% V4 w$ ^.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
' c  A; G7 O# ~% M  Z4 y3 R' b.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
4 J8 \7 f! T1 Q.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))')
: e& q+ `* C; g% X) x6 L* @3 y
) ?( u# T2 X4 ?9 o  v2 ~1 H我只PO上TG的RON圖形出來,
- F: q" h& u+ k0 J2 R( _) 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）
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