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，
+ W& |% I! R. l  S9 v
& I( P) R9 f, o- `. d! e谢谢您的解答！

dogst

這個問題剛好是最近一直困擾的問題
% G  }5 V0 N2 T/ p& u為何不可以(vout-vin)/I阿
$ f: d+ [- k  L下面是我寫的spice檔
! I# _9 R! y: x3 H9 o/ `+ R. ?- {m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
r1 vout 0 1k
在.print部份
' N+ m, c. J+ b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
8 }" \6 y* `; s% R4 x) z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
7 v& @% f+ b; A/ Y( W8 er1 vout 0 1k
5 }/ t8 k9 x1 [. F4 S8 p9 J4 u% c/ `% F在.print部份
) d/ j; i# v) C是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

# m- {# X$ L0 f6 M3 R

* ?7 B% s% z0 T9 k1 r3 F" L
, I! }% |& @3 @+ E* |0 G建議你不要加r1 vout 0 1k
3 q! C1 B. ?8 n- \: 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
建議的寫法為
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
vvout vout  vss    vss
8 t, z* p( R) z0 c% G2 p.dc vvin 0.001 3.3 0.1
5 _$ q# H4 N% r4 E# {1 c+ a.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)
, ]( ^3 A9 R+ {! ^8 M( C8 Yvvdd   vdd   0  3.0v
+ `( M3 d% \* b2 E, h2 B0 j/ ~vvss   vss   0  0v
. @2 c: ]$ s; ivvin   vin   0  0v
vvout  vout  0  0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
; L# ^& k5 ~8 A( z  n4 k8 b.print a=par('(v(vin)-v(vout))/i(m1)') b=par('v(vin)/i(m1)')
9 W9 u( l3 T: B$ @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)')
, I  ?0 O- P6 G2 x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
) ~7 B# T; V6 X" q8 v4 k5 q應該是
+ d& q: [% Z! l" A.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)
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
% t4 ]( j4 `5 H$ [+ \3 u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
" |& p' _% }( X  O. t. G4 |1 v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))')
& N" F4 E" `7 \3 ]5 p$ p5 d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 ...

+ C7 w, D2 q1 e1 {3 B, D, U1 Y
4 e! z, b3 v9 F' Y% x( 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))')
pmos : m1 vout vss vin vdd ........  .print par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')

/ c( b6 Y, {/ M' _+ V0 A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
$ `, S2 D' Y+ T* f: im1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
0 \( d6 U, P) F  n. Y那麼在.print部份的話  要怎麼寫
; m; T$ m1 p/ e+ D3 Z# v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
. z" }: [1 B; q# }5 L4 p5 k8 B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))')
.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')
6 }, w' I' E( O4 u+ Q  h
. D6 ]' }; p$ j3 ]! X" M& F# _另外一種方式則是將電流相加再作運算
6 z& [: w; ^% K.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
. n" e& c: F/ G; q: [# b以下是我的SPICE檔

, m/ V4 H) Q4 }2 I* g1 @& r3 T! j' wvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
m1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
! ?2 ^6 e- i* N. J! H' C/ b( ?  `m2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4
( `8 j  @5 G! z! Y) G: _7 G

以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
! b  w- |5 _7 ]# C2 N' u
) u6 W5 S! N5 A% p9 g8 Z4 h' s.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)')
+ O  n* F+ ]7 W7 E. [% r" L
; u3 @' I$ n. P0 p+ t5 O
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)
1 b* I: q6 f& R8 Y3 n
可否請大大幫忙解答
- c2 S. G$ j6 J% x- ^/ hThanks

finster

第一個方法為何要(相乘)/(相加)???
8 x& C4 v- U8 g4 q2 T0 \, A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

# m* _& r7 t/ X至於兩種方法為何會不同
: k7 N& N6 ?& B- k) o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
  f9 X" K5 O; w. ~; 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)')
4 {- Y* h* x2 d" w& k電阻就會變正的
2 G: L6 L  [1 C7 q! r1 K+ H8 q- t可是不管怎麼看  還是覺得不太對

以下是我的spice檔
* G; I* v9 R+ @( v& Zvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
9 p/ d! {: G5 Q" cvvin   vin   0   dc   0.0v
0 ^6 Z, r% S1 v( Y2 m& R2 [1 r; ]
6 Z) D9 Z) g4 h2 X: b5 am1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
! K2 H/ J0 f9 \- b! A
$ r% }* {7 _; T. V. r*r1    vout  0     1k
- |8 M2 H8 j* R4 Y, Z- c.dc vvin 0v 3.0v 0.05v  
" `& v8 [, b% k# x6 k. V.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)')
' p+ L0 T- l- Z* j; T& i/ G6 m.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)')
/ D  s0 h8 d- C0 O
7 F4 |2 W1 q- [' {.end

; T2 ^2 v# f4 w- z希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
8 j1 P( c6 g$ r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
Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
8 P2 _1 N! ~4 I
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
& j3 V4 e; p9 M: l% d0 Q7 `6 u, ?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
vddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
; k1 J- g/ n( j$ e.dc vin 0.05 3.295 0.005
$ Z; Y% F" W' }8 i0 c.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
" Y4 N& c" ]+ |- z# ]& z.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
- \9 G1 B: R, M6 A.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
: v; o9 ^4 y0 G/ m6 j3 m" \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
# _+ \/ q, v2 B6 a5 g8 H/ lThanks

schwu_iroi

原帖由 hiyato 於 2008-7-7 06:04 PM 發表
, }5 P* y. v8 P6 R) v5 `順便來請教各位大大
( v  u- ~9 {6 t3 ]有在其他書上看到
5 f0 |& u4 j" s.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
這個指令似乎也能看RON的電阻值
% _* n& K7 e) g' _% ]不過不太了解這個指令的意思？

3 W+ r/ |% E2 g" O2 C& zLX8(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。
' A# |1 T( x, V.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
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
mp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
mn   in     vddah      ...

/ C9 R* Q! V* v7 g為何2種方法跑出來不一樣？？
% S3 W: w% Q; G% @
/ f5 ~" ~" N0 E  `.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)')
6 \2 }$ Z  i6 R  a3 V8 \; ?! _
.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
8 L) b% q/ k" s4 t.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
) \$ g) b# w6 h& {6 ~4 P) T# [2 m5 A  j.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')

, T5 `- c, D& u: K! V) P$ q我只PO上TG的RON圖形出來,
- W$ t0 F( c2 U  ^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 a/ \8 l$ l/ Y' K下圖是用後三行指令跑出來的RON（直接用電導倒數）
' t4 O+ e8 o' W$ `5 F, r2 p為何跑出來的圖形不一樣,理論上應該是一樣的啊
( R& |! m$ y! b. e( d  R能否請各位大大位我解答