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
  a" E, u/ F5 J' c& q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，
  N. f% A6 x6 ?
( U, n' l- a9 m8 P% K9 f: C  |7 x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
9 n& a0 U. E2 p( ~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
0 J# u8 C# I* k: l9 B5 J' M是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" "(v(vin)-v(vout))/i(m1)"呢
3 Q1 Z6 G% j* H9 E) X! k可否幫忙解答？
thanks

finster

原帖由 dogst 於 2008-7-7 12:05 AM 發表
6 n& e9 o: H8 i' d0 g4 F這個問題剛好是最近一直困擾的問題
* W8 S. _( M9 b為何不可以(vout-vin)/I阿
% r( j* C0 z% E8 D下面是我寫的spice檔
& Z% W, ~9 ?. h, |  V: G$ bm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
在.print部份
6 y" j8 l6 N0 r8 T+ g" U是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

- i8 d! \  \. {. @& N1 J

建議你不要加r1 vout 0 1k
& t# u4 u# `0 q- Z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
5 f; ~; p1 [( e/ n建議的寫法為
' I4 X- d$ I# bm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
# A! l3 T" B+ evvin  vin   vss    vss
' \* X4 i# O; D- R. s6 o2 ]vvout vout  vss    vss
.dc vvin 0.001 3.3 0.1
% n# f4 k9 Y. K2 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
9 E4 w$ T7 v- f可是又有一個問題(不好意思 問題真多 多多包含)
( o7 e( c; D3 K$ N6 T5 v9 @) @2 _vvdd   vdd   0  3.0v
: r; ^3 U8 }% o* l" b3 x; Nvvss   vss   0  0v
8 _8 g/ D- @4 c# J8 kvvin   vin   0  0v
1 U" }0 I0 n, F( Gvvout  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)')
& `0 M( ]8 [" ?7 \. J因為版主在回覆時  兩者都有提到  可是還是不清楚
# t3 d! u0 c3 z& M6 \- X0 E可否幫忙解答?
Thanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
應該是
7 L" e2 \' [7 f' T7 g7 L0 D.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
8 g2 M8 U3 [( d3 j5 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)
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
$ v: N5 q& @. o; p( i& p.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
, m/ ~; L: G* p7 |" P7 F- l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？

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
- ?) L  j4 q2 M4 K, K8 t應該是
+ k& D+ Z# V; G) V.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
6 g6 j# C* I! A# d, q9 z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
1 m  K& E1 {  X) A  [* P# ^另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

, C6 ~! ]( c4 t

嗯嗯  原來如此
意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
  [2 A9 m3 G( V- G% [+ cnmos : m1 vin vdd vout vss ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
+ h, g/ G% P: j6 \  Dpmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')

那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
, M, l# l2 g" L& qm2   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
, U& f/ B9 U' T% ?- o+ `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))')
! b/ e4 T6 {& Y0 H.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
4 c+ z. K+ E/ Z$ j3 H.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')
& Z) z5 E8 J! `# t9 x+ O' o
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))')
- `" i1 N% Q) d4 b) n$ P.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
! d9 S, P3 C/ O6 ]* \+ t" G0 H以下是我的SPICE檔

vvdd   vdd   0   dc   3.0V
3 d6 h% r. l7 o% jvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
& K+ |) a4 l! L$ E( c& b1 lm2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4


# ?6 K$ }5 \. @! W$ l$ w2 L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)')
5 }$ V& \  \. N' y
5 }& l9 W  i- u1 B1 f
* `- P, N: p, p- W7 S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
3 C7 ~, S' w1 q( ?7 G% bThanks

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
$ _9 I" D* B/ V5 G2 x! K: ^- C" Y- a
至於兩種方法為何會不同
: S& \. |$ k2 n; L/ X. L: X5 p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
.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
! w& ^. q5 P9 z5 e- E  y% x+ S可是不管怎麼看  還是覺得不太對

以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
. q. D9 d. e' @9 H. s# g4 z, Bvvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
# ~/ s; p/ P) i: e
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  

3 ?/ C4 I) F9 s/ e) t( o' }*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

) i9 O4 Q/ y0 Z# u9 z' M* y# v希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
$ [7 `$ W  h" E- f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
" @9 e3 d2 ?) ^# K7 b8 W3 z& L
8 c3 X& J6 {4 `5 o( r) t! ^& k& o+ ?. W1 m可否幫忙解答
Thanks

dogst

sorry  上面打錯了
6 [1 t, ?) r- J+ J% O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

/ f: r' v! ~" I( T& ^6 ~% Y! B還有想要請問一下   跑出來的模擬圖  要怎樣看電阻值呢
8 ~* W2 \! Y! i2 O, q也就是說 NMOS 跟 transmission gate 的部分  要怎樣看
- |' b* n8 F* M可否教導一下
0 e' S% u8 V& jThanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
% q8 B; {! R- J- |9 j  K+ Q* V
% H7 K' m" _. x6 M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
6 u6 h& z3 J9 B+ h! Omp   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
$ B4 R3 M  i, ^vvsa      vsa       0    0
vddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
.dc vin 0.05 3.295 0.005
- r+ X: N, _" D# D6 e$ A: O.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
8 ~9 W  }+ Q" ~  m; B* s( Q.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
" B% A; k. o& r/ x.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
$ E: T4 M8 N0 z' O" f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
有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
* c: E9 h0 K( r) p+ `- y6 N4 e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？

4 X0 V% r% K- O! }
- }6 x" I/ ?; MLX8(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。
2 n( O1 T  z8 P6 n# a( S.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
. R% V! o9 _# P0 t) Z' e附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
, T1 [/ g9 c% i& F% c1 ]4 |
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
/ b6 J, ^: x2 j  E5 j' y! Rmn   in     vddah      ...

# J5 k7 L8 a4 Y& @0 y$ }9 o: @
9 \; U( }3 p8 l+ S2 Z
9 [# O! D: n$ u( F! J. J為何2種方法跑出來不一樣？？
8 T! W! X8 C/ o
9 h0 h8 S( {3 E+ {4 |: L.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
/ \' w) P* {" j  R: D, X% S.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')
0 O/ i. z$ Q) P% l
; L+ k+ d' v; W.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
8 G# k+ Q$ ~6 r+ H' L3 X& u$ K.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

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）
6 L2 n" f2 S3 e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
% ~: ^2 c* b( I$ I( ]+ u( X8 Q能否請各位大大位我解答