MOS管子参数计算

对于一个MOS电路来说,计算的话,有两个参数是比较重要的。一个是vth,一个是UnCox。不考虑其他效应。

那有一个工艺库,就要知道工艺库的这两个参数。一种方法直接看工艺库参数,但是现在的工艺库是基于BSIM,参数超级多,有考虑到很多二级效应。如果直接用工艺库的参数vth0,UnCox来计算的话,会发现计算的值和仿真的值相差比较大(我觉得可能是因为仿真用的公式不是我们学的平方率公式)。因此就需要找出我们用于手算的这两个参数的值。

对于MOS饱和情况:

其电流方程

两边开根号,可以得到Id和Vgs是线性的。因为s端接低电平(对于N管),接高电平(对于P管)。所以就得到Id和Vg是线性的。

搭电路(以下的方法是在艾伦的CMOS模拟集成电路设计上介绍的)

所用的库是st02 。 下载地址http://bbs.eetop.cn/thread-41…,这库也是模拟集成电路设计与仿真所用的库。

管子的宽长比都是10u/5u。

V1电压源为5V,提供电源。V0电压源提供给管子的栅极输入。

对V0进行DC电压扫描。得到N管和P管关于电压V0的曲线。利用计算器得到扫描数据。

DC设置和得到的输出曲线。

N管和P管的电流对于输入电压扫描的值。左是N管电流,右是P管电流。

得到数据后,就用matlab来处理。利用数据,得到拟合的线性曲线,得到斜率和截距,就可以得到参数的值了。

Matlab的代码如下:

前一个值是斜率,后一个值是截距。

带入到

即可得到

    UnCox = 59.3uA/v2                   Vthn  = 0.6v

    UpCox = 22.8 uA/v2                  Vthp  = -0.8v


这样就得到了参数了。

下面进行去验证一下:

将宽长比改成 N管8.5u/5u P管 7.3u/5u

利用电流公式 得到

N管电流 181.96uA

P管电流 48.1uA

从图中仿真出来的电流比较,会发现,误差比较小。。

可图中还可以看出,N管的Vth为0.75v,P管的Vth为-0.98V。与我们计算出来的值不一样。相差0.1V左右。(我认为仿真的时候,考虑了对Vth影响的二阶效应,所以造成Vth有变化)。

以上的数据在长沟道的时候,计算比较有效。在短沟道情况下,计算误差就比较大了,因为在短沟道下,平方率公式已经不适用了,此时二阶效应的影响比较大了。不过模拟电路,沟道都不会太短,可以按照长沟道公式计算。

查过书,书上说,沟道小于0.8um,就算短沟道了,此时计算就不适用平方率公式计算了。有个gm/id的方法是在短沟道情况下用的,不过还没有研究。

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原文首发于骏的世界博客
作者:卢骏
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