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器件参数仿真

Simulation for new lib-5 Gm/Id 相关

继续之前关于新工艺下的仿真内容的介绍.

一般在集成电路设计时，对 MOSFET 的过驱动电压 Vov 的选取通常以 150mV~200mV 和 500mV 为分界点（具体可以参见 Willy.Sansen 的 ‘Analog Design Essential’ 一书中相关的分析），当然也可通过 gm/id 曲线来寻找合适的 Vov 电压（关于 gm/id 的设计方法的具体介绍可参见 Stanford 的 EE214 课程文档的说明），个人通常以 Gm/Id*ft 曲线的峰值对应的 Vov 作为一般电路设计中迭代优化的初始点。

关于 Gm/Id 系列曲线的具体仿真电路，考虑其与之前介绍过的 MOS 管本征增益和特征频率的仿真方法相类似，基本上也是直流扫描的方法来实现的.
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Simulation for new lib-4 MOSFET 输出电阻和厄利电压

继续前面关于新工艺下器件特性仿真的讨论…

对于晶体管输出阻抗的问题，由于 MOSFET 的输出电阻 rds 实际上与其电流 Ids 相关，在一阶模型中有 Rds=1/(lamda*Id)，因而在这里考虑以 Rds*Id 作为输出电阻的参考（实际上若 MOSFET 在饱和区，Rds*Id 就是其厄利电压 Early voltage）。

**需要注意的是，Gray 书中 Early 电压的定义与 Sansen 书中的不同，差别在于是否独立于沟长的影响，这里用的是 Gray 书中的定义，未将沟长影响去除。

下图所示为基本的仿真电路，通过对栅电压的直流扫描和对应的计算，可以得到 Early 电压与过驱动电压 Vov 的曲线，以及Early 电压和晶体管 L 尺寸的关系
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Simulation for new lib-3 本征增益和特征频率

在前面的文章里面，大致介绍了关于 MOS 管阈值电压的简单仿真，在此我们也可以通过一些简单的仿真来了解 MOSFET 的本征增益和特征频率的特性。

下图为所示的仿真电路，主要是通过对 Vgs 的直流扫描和简单的计算，以得到本征增益（Av）和特征频率（ft）对过驱动电压（Vov）的特性关系。

（注意，此处仿真得到的特征频率 ft 只是简单的由相应公式计算而来，如需进一步的仿真可以考虑其定义，即由电流的小信号增益曲线来得到，具体的仿真设置这里就不多谈了）

在下面的 spice 脚本中，通过加入 ’.option dccap=1’，使 spice 计算 dc 下节点电容（否则 DC 分析，电容认为开路），dccap 亦可换为 capdc 或者 CAPTAB，实际上若设定 dccap=2 或者 CAPTAB=2，spice 会在输出列表中打印所有节点的电容大小。
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Simulation for new lib-2 体效应对阈值电压的影响

之前简单介绍了关于 MOSFET 的阈值的简单仿真方法, 并以此来了解新工艺下 MOS 管阈值电压 Vth 的变化。

但是，在具体的实际电路设计中，常常有 MOS 管的源极（s）与衬底（b）的电位不同的情况（例如常见的 cascode 结构中的 cascode 管以及 nmos 输入的差分对管），这时体效应（或者说衬偏效应）会使 mos 管的阈值电压发生变化。在这里我们也可以通过仿真简单的评估一下体效应对 mos 管阈值的具体影响。

体效应影响的简单仿真电路如下：
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Simulation for new lib-1 阈值电压

在转换到新工艺开始电路设计之前，通常需要对新工艺下 MOSFET 相关参数加以了解，当然最简单的办法就是去阅读 FAB 提供的相关文档。此外，对基本的 MOS 管特性的简单仿真亦可为我们带来对新工艺下器件特性的直观了解，这也是本文以及后续的几篇文章所要介绍的内容。

在本文中，主要来介绍对于 MOS 管阈值电压的一些基本的仿真。

首先，关于 MOSFET 的阈值，一般在测试中有对 Ids-Vgs 的特性曲线做切线和设定 Ids 基准电流两类方法，对电路设计而言最简单的就是直接在 model 文件里看 Vth0 的值，比较直观的也可观察 .op 分析之后的打印列表，这里也可以通过 .dc 直流扫描得到阈值与沟长的曲线（实际 Vth 与 W,L 都相关，一般 FAB 文档中亦会给出分布图示）。

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