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在进行模拟集成电路分析和设计的时候,对于设计者来说我们能够控制的只有gm(真正操作的是w/l),大多数的时候我们都需要进行手工计算对电路进行初步分析,然后通过仿真对电路进行tuning。这个过程之中,手工计算分析必不可少,能够加快我们的设计,同时提高对电路的认识,手工分析的过程同时能够将电路中的关键元件的参数确定在一个大概的范围,但是大多数新手在进行手工分析的时候,对一些公式中的参数不知道如何获取,导致整个分析过程比较混乱或者不能够达到最终的目的,所以本文主要介绍如何获取MOS管的参数的方法(主要是un*cox),本文通过仿真的方法提取出un和cox的乘积,精度较高,简单可靠。
我们知道模拟集成电路中的管子大多数要求其工作在饱和区,根据管子工作再饱和区的平方率公式:
(1)
关于如何选取(Vgs-Vth)的值很多论著上都有说明分析,一般我们选取200mv,关于这个值的选取可以参考sansen 模拟集成电路精粹的相关章节。所以剩下的就是要确定un和cox的乘积了。大家可能会想到搭建一个电路得到vgs-vth的值和Id的值直接计算,这也是一个方法,但是不是很精确,因为有很多效应没有考虑,最简单直观的方法还是仿真提取。
本文基于smic
0.18um工艺进行相关仿真,为了最大限度的避免的影响,仿真电路中我们取L=1um。基本的仿真电路如图1所示,将MOS管接为二极管结构,以保证其工作在饱和区,同时将其偏置在一个合理的电流下(电流的大小没有特殊要求,管子在饱和区正常工作的电流值就可以了,这个会带来仿真的值差别,但是不影响分析),本文选取为50uA,管子的宽长比选为10/1。PMOS管进行类似处理,其中电压源设置为1.8V。
Figure1. 基本仿真电路结构
电路搭建完毕后进行仿真条件设置,具体设置见图二。
Figure2.仿真条件设置
设置完毕后可以开始仿真,仿真结束后进行图三所示操作:
Figure3. 结果显示操作
然后分别点击仿真电路图中的NMOS和PMOS晶体管,会分别弹出MOS工作点参数列表见图四所示,其中bettaeff 对应的值就是un和cox及W/L三者的乘积,所以我们这个结果上面再除以宽长比就得到了un和cox的乘积了。