gmid曲线绘制(IC617)

本文详细介绍了如何使用Cadence模拟工具绘制NMOS和PMOS晶体管的gmid曲线,以及如何分析gm/Id随gm/Id变化和Id/W随gm/Id变化的曲线。通过设置变量并进行DC仿真,展示了从新建schematic到获取曲线的完整步骤,揭示了晶体管参数随栅极和漏极电压变化的关系,并指出不同宽度时曲线的相似性。

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gmid曲线简单应用

参考Cadence模拟CMOS集成电路设计视频

环境:IC617及以上版本
内容:绘制gmro随gm/id的变化曲线以及id/W随gm/id的变化曲线
步骤:

  1. 新建一个schematic
    在这里插入图片描述
  2. 添加一个NMOS器件和两个直流电压源,将MOS管的栅极电压设置为变量Vg,漏极电压设置为变量Vd,并将MOS管的长度、宽度设置为变量,如图所示:
    在这里插入图片描述MOS管的变量设置
  3. 打开ADEXL进行仿真
    在这里插入图片描述
    在ADEXL界面的左侧“Tests”下方点击选择刚刚建立的原理图名称,如下图所示:
    在这里插入图片描述
    添加原理图中的变量
    在这里插入图片描述
    由上图操作可在ADEXL左侧看到导入的变量。
    在这里插入图片描述
    设置变量值:Mul设为1,漏极电压Vd设为0.6,栅极电压Vg设为0.6,宽度Wid设为0.4u,直接输入即可。
    长度Len设为1u变化到4u,每次变化0.5u,设置方法如下图所示:
    在这里插入图片描述
    设置dc仿真:
    在这里插入图片描述
    点击运行按钮进行仿真:
    在这里插入图片描述
  4. 仿真好之后,通过calculator的os选择需要观察的晶体管参数。
    打开calculator,选择os,然后在弹出的原理图中用鼠标点击MOS器件,则会在List中出现MOS器件的参数,其中gds表示1/ro,self_gain表示本征增益gmro,gmoverid表示gm/id。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    鼠标选择需要的参数,比如gmoverid,则会在calculator中出现其表达式,点击齿轮按钮则将该表达式送到输出列表中
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    同理,在输出列表添加本证增益self_gain的表达式。

还需要添加电流密度Id/W的表达式,但是List中只有id的参数,点击id到calculator中,然后在后边手动输入“/VAR(“Wid”)”,其中Wid为宽度的变量名称,得到id/W的表达式,点击齿轮形状的按钮,将其送到输出列表中
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
此时输出列表中会有三个表达式:
在这里插入图片描述
点击plot按钮,会看到上述三个值随Vgs的变化曲线,每个图中的不同曲线代表不同L值的结果
在这里插入图片描述
5. 得到gmro随gmid变化的曲线以及id/W随gmid变化的曲线
利用calculator中的waveVsWave变换横坐标得到想要的表达式,并送到输出列表中:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
同理,设置gm/id为横坐标,id/w为纵坐标,得到表达式并送到输出列表:
在这里插入图片描述
此时,输出列表中会出现刚刚添加的两个表达式,
在这里插入图片描述

点击plot即可得到gmro随gm/id的变化曲线以及id/W随gm/id的变化曲线,不同的曲线对应不同的长度Len值
在这里插入图片描述
注:晶体管的宽度W为不同值时,得到的曲线基本一致

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PMOS的gmid曲线绘制
设置及仿真步骤同上

  1. 原理图
    在这里插入图片描述
  2. 仿真设置
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  3. 仿真结果
    在这里插入图片描述
### IC曲线在电子工程或半导体中的应用 IC曲线(通常指集电极电流 \( I_C \) 与集电极-发射极电压 \( V_{CE} \) 的关系曲线)是描述三极管工作特性的关键工具之一。以下是IC曲线在电子工程和半导体领域中的具体应用: #### 1. **三极管工作状态分析** IC曲线能够清晰地展示三极管在不同基极电流 \( I_B \) 下的工作状态,包括放大区、饱和区和截止区。例如,在放大区中,IC曲线表现出线性特征,说明三极管的集电极电流 \( I_C \) 与基极电流 \( I_B \) 成正比关系[^2]。这种特性使得三极管可以作为放大器使用。 #### 2. **电路设计中的参数优化** IC曲线为设计人员提供了重要的参考依据,帮助确定三极管的最佳工作点(Q点)。通过选择合适的基极电流 \( I_B \),可以确保三极管在特定的应用场景中稳定运行。例如,在音频放大器设计中,IC曲线可以帮助调整三极管的工作状态以减少失真并提高效率[^2]。 #### 3. **故障诊断与性能评估** IC曲线的变化可以反映三极管的健康状况。例如,如果IC曲线出现非线性或异常偏移,可能表明三极管受到闩锁效应或其他寄生效应的影响[^3]。此外,老化过程中的故障率变化也可以通过IC曲线的动态行为进行间接评估[^5]。 #### 4. **gmid曲线绘制与器件建模** gmid曲线是一种用于表征MOSFET小信号导纳特性的工具,其绘制过程与IC曲线类似。通过对PMOS或NMOS器件的gmid曲线进行仿真和分析,可以更精确地建立器件模型,从而支持复杂IC设计的需求[^4]。 ```python # 示例代码:基于Python的IC曲线仿真 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 参数定义 IB_values = [10e-6, 20e-6, 30e-6] # 基极电流 (A) VCE = np.linspace(0, 10, 100) # 集电极-发射极电压 (V) # 模拟IC-VCE关系 def ic_curve(VCE, IB): return IB * 100 # 简化的β值假设为100 plt.figure(figsize=(8, 6)) for IB in IB_values: IC = ic_curve(VCE, IB) plt.plot(VCE, IC, label=f'IB={IB*1e6:.0f} μA') plt.title('IC-VCE Output Characteristics of a BJT') plt.xlabel('VCE (V)') plt.ylabel('IC (A)') plt.legend() plt.grid(True) plt.show() ``` #### 5. **教育与培训** IC曲线广泛应用于电子工程和半导体课程的教学中,帮助学生理解三极管的基本工作原理及其在实际电路中的应用。通过观察IC曲线的不同区域,学生可以直观地掌握三极管的放大、开关等特性[^2]。 ---
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