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MOS管参数vdssat的含义,cascode管最优化设计

热度 18已有 2800 次阅读| 2023-5-25 22:32 |个人分类:analog tech|系统分类:芯片设计| MOS管, 参数, vdsat, vdssat, 最优化, MOS管


vdssat与vgs-vth有何关系?

我常用Vod(vgs-vth)来表示过驱动电压,那么vdssat和vod在bsim3、bsim4、bsim6里面是怎么定义的呢?

图片.png

bsim里统一这样定义:(vdssat=vdsat-vs,vs一般是0),一般Abulk≈1,那么Vdssat是Esat*Leff和Vod的“并联”。

我仿真了一张Vdsat和vod的图

vod vs vdssat.png


可以看出两者在150mv处交汇,之前和之后差异都比较大,高阶模型和二阶模型偏差正常。值得注意的是,当vgs≤vth时 vdssat基本恒定,这个值与L有关。我认为这样合理,因为vdssat是表示饱和区边界的,如果进入了亚阈值区,那就按照饱和区的最低值来?

    我猜测加入速度饱和(Esat*Leff)和亚阈值区,vdssat就变成这个样子了(分成了三段,跟sansen书里说的一样)



我的困惑来了,在设计cascode opamp时,为了实现更大的dc gain,我希望cascode贡献更多的增益,然而当我把cascode管channel width调到很大时,我发现vdssat还有90mV,这与二级模型有冲突,(我主观的认为vdssat应该继续下降,甚至到0)上面也提到了。 那么如何设计一个最佳的cascode 管尺寸呢?

一般id不变,我调整W,只关注gm*rout,我在不同电流镜(电流镜的vod在变化,id也在变)下,发现最优的cascode管对应同一个vdssat(大概在107mV),所以不能进亚阈值区,虽然gm大了,但是rout降更多。

vdssat分三段:亚阈值区,中间电流区,速度饱和区

cascode管在亚阈值区和中间电流区交汇处,gain最大(这个与差分对的设计有点类似,差分对是要求gm最大,但其实对rout也有要求,只是不如cascode设计时那么直接)

cascode.png

我在想对于不同的length,我是否有必要提前扫描处最佳的vdssat? 否则设计起来不太方便。

另外gm-id方法我也小研究了一下,2*id/gm与vdssat在线性区偏差较大,饱和区偏5%以内(12nm),我先不考虑gm-id这种更准确的方法,毕竟更复杂。

问个问题,在vdd小于1V的设计中,你希望你的差分对和cascode管工作在亚阈值区吗?如果不能避免进入亚阈值区,怎样做到最优?

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刚表态过的朋友 (8 人)

发表评论 评论 (6 个评论)

回复 Axxxy 2023-5-27 13:18
16纳米以下的工艺,应该还适用于sansen说的那种vdsat的判别方法吧?
回复 hebut_wolf 2023-5-27 13:18
Axxxy: 16纳米以下的工艺,应该还适用于sansen说的那种vdsat的判别方法吧?
22nm我觉得是适用的,finfet 我还没详细研究过
回复 Axxxy 2023-5-27 16:28
gm id你有研究过吗?
回复 hebut_wolf 2023-5-27 16:47
Axxxy: gm id你有研究过吗?
没啥研究
回复 taohy 2023-9-26 10:42
楼主说”所以不能进亚阈值区,虽然gm大了,但是rout降更多“这句话中,ROUT与vdsat和vds的关系有关把?
回复 hebut_wolf 2023-9-26 11:05
taohy: 楼主说”所以不能进亚阈值区,虽然gm大了,但是rout降更多“这句话中,ROUT与vdsat和vds的关系有关把?
这句话,针对cascode管,在调整W的时候保持id和vd不变(vs在随vod变化);
W越大,由于vdssat变小,gm会变大;
但是我发现W越大,rout越小。 我刚才查了一下书,在短沟道效应里,vds不同,rout会不一样。(我不确定rout的减小是否是短沟道效应livds变化引起的)

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