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
+ H8 b) e9 ]- L2 ?" G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，

+ i) U% W2 `3 p- }7 k谢谢您的解答！

dogst

這個問題剛好是最近一直困擾的問題
! ^3 b" z" x) J為何不可以(vout-vin)/I阿
下面是我寫的spice檔
% Z% W! n# S$ k' b8 g: j% e9 mm1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u
% Q& V* T7 B0 g3 ]$ L, fr1 vout 0 1k
# `9 O5 n2 @% S5 o" h" p* y5 h3 m在.print部份
/ ~# J& E- d4 }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
這個問題剛好是最近一直困擾的問題
: v2 M5 \: |. ^0 Y# J1 @8 L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
, r. K# Y5 ?; i9 ur1 vout 0 1k
2 J- n7 \0 }; k+ a7 c# n3 r在.print部份
* |+ l7 A+ i) N, r是要寫 "v(vin)/v(vout)" "(v(vin)-v(vout))/i(r1)" " ...

2 Y5 k* ]0 L) Y

+ n9 _4 H  e* h3 a' [" R, T
建議你不要加r1 vout 0 1k
! v2 U# r. G" ?- S2 R5 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
. C! k; f# ~- Y建議的寫法為
m1 vin vdd vout vss nch3 w=3.5u l=0.35u m=1
vvin  vin   vss    vss
' i0 \0 A% }4 B$ Bvvout vout  vss    vss
.dc vvin 0.001 3.3 0.1
6 L: D* _6 ?$ }+ U% M- B% {.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
/ s* T' Z  N2 ^- ], _  l8 n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
: z0 F2 Z- T5 V. k1 y7 s  fvvss   vss   0  0v
vvin   vin   0  0v
2 T: x2 Y3 }( i: w3 ]' _& i3 Mvvout  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
& Y* W. V- t" o* R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
- C  ~( R7 E. Z1 F可否幫忙解答?
7 }: Z( X) A: y" lThanks

finster

不好意思,一時之間沒留意到
: ~( ?) q3 B4 \" t應該是
' M; H! ]* }% r3 s9 o" Q.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
4 \' f. l4 _8 y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
' S, o( L4 z# X2 z$ C.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
! W; \* |! f' n" C8 B; k7 j, N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
4 F. A" }5 Q  T: L% Z  t% ~( h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
, d0 O. c' B7 [, Y) D/ }6 }# n) v另外,vout的部份,因為你是作.DC的swe ...

嗯嗯  原來如此
" ]  C; q  {! C意思也就是說 要寫成下面這樣子  對吧！
" {2 i5 r. k$ M- _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))')

那如果是transmission gate的話
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
! N$ E5 ]8 P3 c1 F: Q0 t) y- Cvvin   vin   0   dc   0.0v
  z  y. i0 |, t: @. y  c4 q+ dm1   vin   vdd   vout  vss  nch3  w=3.5u   l=0.35u
m2   vout  vss   vin   vdd  pch3  w=3.5u   l=0.35u  
- n" M3 h9 A7 r$ f( B. |1 h/ v' X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
5 p4 R' T% o" n8 ~) e謝謝

finster

可以是各別算出Ron,再運算
- l6 S' J/ S6 ?6 V8 P6 e" d; q$ b.print r_n=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m1))')
.print r_p=par('(v(vin)-v(vout))/abs(i(m2))')
) K, e5 h2 e% p8 K& C0 P6 p.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
% q: r! p$ W. U以下是我的SPICE檔
; @1 i) i: x  K3 b7 o0 q4 V
# n+ k! n$ P. ]3 V7 U0 l0 R: jvvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
vvin   vin   0   dc   0.0v
: p+ T9 X' K* jm1   vin   vdd   vout  vss  nxxx  w=3.5u   l=0.35u
* g5 S: t& [; W) a4 K) Fm2   vout  vss   vin   vdd  pxxx  w=3.5u   l=0.35u  m=4
' P: F3 t! }! `* \1 ^+ b

' T6 v$ O9 O5 `以下是用 .print i_pn=par('abs(i(m1))+abs(i(m2))')  r_p=par('(v(vin)-v(vout))/i_pn')

6 ~7 x  I; k$ P2 w4 n4 R.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 v% ]; L( G2 e3 T/ I

: a/ P$ j; m: o) ^9 g/ ~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
2 t2 I; ^" C" Q! _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 D( x5 p2 j  }2 w. [. w所以,我先計算出各別PMOS和NMOS的阻值再作計算

9 D! d+ x+ n. D. `' u& D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
" S  f' \- n2 W. A1 |.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)')
2 V# B1 h% k' c, C2 \: x7 g3 j' p電阻就會變正的
# v: a  Y* m" b5 w# |可是不管怎麼看  還是覺得不太對
- g8 ?" u$ S0 s
以下是我的spice檔
vvdd   vdd   0   dc   3.0V
vvss   vss   0   dc   0.0v
! A' L3 S: J! F6 }0 Z$ Yvvin   vin   0   dc   0.0v
/ R9 ?7 g4 F( K+ P2 b* p( Y
m1   vin   vdd   vout  vss  nxx  w=wsize   l=lsize
m2   vout  vss   vin   vdd  pxx  w=wsize   l=lsize  
6 }& J2 q0 w+ M, Q: L5 z+ P+ d
& y/ T0 |. }  B*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)')
6 h+ M' T  L2 U* W# D* ~& Q.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)')
, _% a8 k5 V7 C8 N" n
.end

8 r' d, M3 Y+ U  h! L7 x7 v希望大大幫我檢查一下  看看是否有錯
" P. e1 h. s) A( x( {. O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
6 Y$ J6 l: _: m; ]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
- P  }3 }5 W8 }% R
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
9 Z% _! v. r* j0 `Thanks

finster

附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
. k: X* |; }- u
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
. I4 \5 h3 A1 {6 q0 I8 t( Omn   in     vddah     vsa     vsa    N_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
# `0 F; b  f) E2 u3 hvvsa      vsa       0    0
7 a4 M& |! u* v2 kvddah  vddah  0    vddah
vin    in     0    0
" Q, l, M0 s# m8 X9 S.dc vin 0.05 3.295 0.005
.print r_p=par('(v(vddah)-v(in))/abs(i(mp))')
& K) E  K" K" d+ D.print r_n=par('(v(in))/abs(i(mn))')
.print r_pn=par('(r_p*r_n)/(r_p+r_n)')
, A5 P: t/ s. g5 |" p1 p! \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
0 }' Y3 Q! Q8 d0 Z) F這下子  我對開關又懂更多了
, i2 D5 P8 P; G4 n/ }3 _Thanks

schwu_iroi

原帖由 hiyato 於 2008-7-7 06:04 PM 發表
  s  `+ K  {3 U# `. a/ e9 P順便來請教各位大大
有在其他書上看到
) c6 C/ ~# H+ u7 r.print dc RON=par('1/LX8(mn1)')
- E  ~) i& T0 H, h# i* ^9 ?這個指令似乎也能看RON的電阻值
5 O% k8 s" i9 q5 H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。
" m  i5 t1 ^, M.probe Ron=par('1/gdso(mn1)')

schwu_iroi

PMOS和NMOS组成的CMOS switch 电阻值写成
8 l8 \7 H! l  q; @.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
3 R5 Q8 t" l1 C. O# b6 R附圖Noname1應該就你說書上的圖吧
; }* p3 U- O1 ]0 J. M4 A+ x4 J* Z8 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
, b: f' y* |! n, X' b$ j" H9 U7 k# Lmp   in     vsa       vddah vddah  P_33_G2 L=0.35u W=5u M=1
; r6 W/ H; }: [. j, \1 B: Nmn   in     vddah      ...

/ S, @2 m4 G+ I4 T4 {
. ^" C5 Q% _3 I4 y* }
為何2種方法跑出來不一樣？？

' h. f+ B9 R/ q  ?8 N.print pmos_Ron=par('(v(vdd)-v(Vin))/abs(i(M1p))')
7 E8 |1 Y$ H3 Y.print nmos_Ron=par('(v(Vin))/abs(i(M1n))')
.print TG_Ron=par('(pmos_Ron*nmos_Ron)/(pmos_Ron+nmos_Ron)')
( D8 c7 T1 R- g' V# m
' ]# f# ?& q) P& m, |( y1 m.print pmos_Ron=par('1/gdso(M1n)')
.print nmos_Ron=par('1/gdso(M1p)')
- P! y3 m6 D/ Y.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）
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
5 d, R1 J1 |1 @! B- P: R. W8 H# |+ S能否請各位大大位我解答