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
+ G0 O3 D) J3 v+ k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
下面是我寫的spice檔
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
/ k' i; g' M0 K. ~- Jr1 vout 0 1k
  \# L4 T5 P# `5 v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
' k9 L- r; `( }* f9 x, D這個問題剛好是最近一直困擾的問題
% K; `" |* Z' E/ A( _2 u! ^為何不可以(vout-vin)/I阿
- H! y- x4 N& f5 S' a下面是我寫的spice檔
. |- i' [0 |) am1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
/ l7 j4 ]  ^! A/ Pr1 vout 0 1k
在.print部份
0 O* B: m1 `7 h6 |是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

: `9 f' i7 i( W- Y$ j) n

! Z) F6 j3 R+ m0 M! f+ R建議你不要加r1 vout 0 1k
) |1 a" f. e/ i2 @- h* 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
/ U- s* c( d9 S0 U8 w6 J建議的寫法為
! a& L* L( N1 E& qm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
vvout vout  vss    vss
& w( T: R4 _! t8 W) K& s6 [.dc vvin 0.001 3.3 0.1
! v& [" v+ @& W, O3 u. F, Q- F" I.print PAR('(v(in))/abs(i(m1))')
, l0 a* ]& @! E& \! ]0 O* s" ]! ~.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)
vvdd   vdd   0  3.0v
vvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
vvout  vout  0  0v
  s# R- q5 n- v+ [( K* N' N' nm1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
& I) Q- m" n% z.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)')
  x1 f2 o  L5 M) U$ v. A! t5 T8 \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?
3 V, w& x: T) r0 {, YThanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
! R9 d$ s1 \) E3 ^應該是
; j# ^3 B6 d+ y# _  u6 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
: v" h# f0 l) x: q1 L/ }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
5 F3 y4 x1 N5 R, b7 E.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
這個指令似乎也能看RON的電阻值
. r9 r! q9 u$ b8 a/ N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
. V5 U/ y5 ^2 C6 M- M應該是
" n9 \" Q0 ]6 v6 S7 t.print PAR('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
5 |/ B! x) n5 V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
2 h4 h6 ~) O& U另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

& u- @' H0 C" ]/ C; |
3 `1 D& o, |" F% v嗯嗯  原來如此
4 Z% s' [3 p; [: c  W意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
5 v+ j2 J8 O$ J* w8 q" Mnmos : 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))')
6 U& z/ I3 ?" o; L4 V, u/ d
那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
7 a! R" U/ `  N+ ^vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
% U: G, }2 ]4 i7 k8 \$ Um1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
# L- N+ x# f/ x% q3 km2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
. ?. X/ Z! z1 }- }  M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
8 ~- T4 y+ r4 g這樣怎麼求Ron
  a+ |4 P4 E  u/ ?. h% e* [+ F& Q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))')
1 w0 N) F; V9 X$ ^.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
.print r_pn=par('(r_n*r_p)/(r_n+r_p)')

9 O3 @0 e! S8 E3 f7 i0 o# h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))')
& i5 l# C8 T) W.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
# L% j. O- A: R6 f( q% C; u0 V以下是我的SPICE檔
) E" F' z& T$ N7 T; p
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
3 s5 u: p$ `8 m3 Sm1   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
! v5 T$ Y8 n( @7 x6 Q' c& L( u
# {* V/ i( W6 Y
以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')
$ i: R, b0 E% A* p
.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)')
2 L8 w- o4 R) [" G  P

為何兩個結果會不一樣呢
! _; d7 q' x0 j: B2 g7 I% C1 N) Y' W而且很納悶的是第二個方法為何要(相乘)/(相加)

5 e  `$ Z3 z/ I7 q" W! A$ I; E" s% ^可否請大大幫忙解答
% V6 }  C; r1 ]- IThanks

finster

第一個方法為何要(相乘)/(相加)???
* M, S1 w) O6 J# R* D, p6 L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
5 |- J. Z0 `6 \. J5 J6 l
: F* ^( J/ H0 K0 Y- y" h5 M- o8 t至於兩種方法為何會不同
( `7 p6 P$ `$ S& i7 \9 W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
: ?8 W8 T( u& @% t' M! y) O( X) q5 {7 X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
' g& k) n5 O1 _3 r$ m1 d.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)')
  L5 @* O* b: y  o; U電阻就會變正的
: h9 q4 s, ]" I2 U5 j% E4 M可是不管怎麼看  還是覺得不太對

以下是我的spice檔
6 ~, z9 F+ L; d" S8 x, y9 Tvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
8 E# F6 W! n+ X$ U& A: a5 X" U
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
' F% F) i7 R; F1 L$ }; H& j' A3 B4 E# Jm2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  

*r1    vout  0     1k
1 q2 d1 c' l/ [  z7 O  h$ z.dc vvin 0v 3.0v 0.05v  
$ t  z( z! d1 u" i  }# @.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)')
+ Q- d( |$ S7 n8 t7 f.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)')

4 j$ |. J9 U( g. g4 K. `.end

希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
0 p7 w' N6 z" U/ K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
# a1 K! L6 Y, O0 i6 t- {" {# f
5 }+ u8 x; h+ a% l. u3 f; H( z可否幫忙解答
Thanks

dogst

sorry  上面打錯了
( w8 p' x1 e2 q; o/ I+ u3 r! L+ s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
8 x; W! G& c0 h9 s- B& Y- ?, E! l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
, j: R2 ~8 I5 b) t$ ]
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     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
8 N  J( |! A$ M& }, lvvsa      vsa       0    0
vddah  vddah  0    vddah
1 {5 A/ g4 M' o( v7 H% bvin    in     0    0
9 ]. d6 o" q6 }) p* t  u2 a, I) [: A5 ~.dc vin 0.05 3.295 0.005
" i6 G! f: U/ N  A6 t. p.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)')
& Q) S+ i' M  c8 ~, j: R: Y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
& q4 t" u2 z! @' _. l- Z& {* r& }$ u, X這下子  我對開關又懂更多了
9 q* U; a0 @+ p8 ^+ T1 F9 kThanks

schwu_iroi

原帖由 hiyato 於 2008-7-7 06:04 PM 發表
7 I( D( ~3 f3 A& e2 h& H3 G順便來請教各位大大
5 O+ o5 r; M4 z$ c7 @0 p有在其他書上看到
.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
4 L) [, t! F% C8 p. W' ^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 P9 R; Z' ?0 I. Z; m5 s
$ ^+ h: u1 H) G0 g6 Y& jLX8(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
- ^# S  q3 i6 D1 Q& @) I" |6 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
附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
3 u. a6 l; v1 l
( Q" N9 [. }/ y! s7 O4 V) j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
5 E7 {' ]9 B& R9 {0 @mp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
mn   in     vddah      ...

# x: s& R4 ?, Y* E  L8 k

為何2種方法跑出來不一樣？？

- ^0 Y# V5 D7 D5 U2 ~.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)')
! ?; x3 K$ q( N! s4 @5 O' R/ B- E
.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
& s4 P: t+ S  s6 D.print TG_Ron=par('1/(gdso(M1n)+gdso(M1p))')
) v% N8 I+ l7 z  a
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）
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
, ?; N$ E/ s$ F- C" f. _3 i4 Y$ n  q能否請各位大大位我解答