cadence——MOS晶体管I-V特性曲线仿真

本文详细介绍了如何利用Cadence软件进行MOS晶体管的直流仿真,绘制I-V特性曲线。首先新建原理图,设定栅极电压Vg和漏极电压Vd为变量,接着在ADEL中添加变量并设置dc仿真对Vd进行扫描。通过Parametric Analysis以Vg为参变量进行仿真,得到输出电流Id随Vg变化的输入特性曲线。最后,通过查看DCOperatingPoints可以观察到MOS管的参数。

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MOS晶体管I-V特性曲线仿真


目标:使用cadence绘制晶体管的I-V特性曲线(dc仿真)
流程:

  1. 新建原理图,将MOS管的栅极电压设为变量Vg,漏极电压设为变量Vd
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  2. 打开ADEL,点击Variables——Copy From Cellview添加变量;并选择dc仿真,对Vd进行扫描
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  3. 以Vg作为参变量进行仿真,点击Tools——Parametric Analysis进行设置
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  4. 选择漏极电流作为输出,进行仿真即可得到I-V特性曲线
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  5. 仿真绘制MOS管的输入特性曲线
    将Vd值设为1.2V,在dc仿真设置里,把变量改为Vg
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    点击运行按钮即可得到输入特性曲线,即输出电流Id随输入电压Vg的变化曲线
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  6. 观察MOS晶体管参数
    点击Rsults——print——DC Operating Points
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    在弹出的原理图中点击MOS管,即可看到MOS管的参数
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### Cadence Virtuoso 中 MOS 管 μCox 参数的计算方法 在进行模拟 IC 设计时,μCox 是一个非常重要的参数,它表示单位宽度沟道中的电导率。当工艺库中无法直接提供该参数时,可以通过仿真工具如 Cadence Virtuoso 来间接获取。 #### 方法概述 通过使用 Cadence Virtuoso 的电路仿真功能,可以构建特定测试结构来提取 μCox 值。具体过程涉及以下几个方面: 1. **建立测试电路** 构建 NMOS 或 PMOS 晶体管的基本直流特性测试电路。通常情况下,设置晶体管工作于饱和区,并施加合适的栅极电压 \( V_{GS} \) 和漏极电压 \( V_{DS} \)[^1]。 2. **运行 DC 扫描仿真** 使用 Cadence Virtuoso 的 Spectre 或 Eldo 工具执行 DC 扫描分析,记录不同 \( V_{GS} \) 下对应的漏电流 \( I_D \) 数据[^2]。 3. **数据处理与拟合** 根据理论公式: \[ I_D = \frac{W}{L} \mu C_{ox} (V_{GS}-V_T)V_{DS} \] 对仿真结果进行线性回归或其他数值拟合技术,从而求解出 μCox 值。 4. **验证精度** 将所获得的 μCox 应用于其他设计场景下再次验证其准确性,确保一致性。 以下是实现上述流程的一个简单 Python 脚本示例,可用于辅助完成数据分析部分的工作: ```python import numpy as np def calculate_mu_cox(width, length, vt, vds_values, id_currents): """ Calculate mu Cox based on given data points. Parameters: width : float Width of the transistor channel in meters. length : float Length of the transistor channel in meters. vt : float Threshold voltage in volts. vds_values : list[float] List of drain-source voltages applied during simulation. id_currents : list[float] Corresponding measured drain currents at each V_DS point. Returns: float Calculated value of mobility times oxide capacitance per unit area. """ slopes = [] for i in range(len(vds_values)-1): delta_vds = vds_values[i+1] - vds_values[i] delta_id = id_currents[i+1] - id_currents[i] slope = delta_id / delta_vds slopes.append(slope) avg_slope = sum(slopes)/len(slopes) mu_cox = (avg_slope * length)/(width*(vt-vds_values[0])) return mu_cox # Example usage with hypothetical values w = 1e-6 # Channel width in m l = 50e-9 # Channel length in m threshold_voltage = 0.7 # Threshold Voltage VT in Volts drain_source_volts = [0.8, 1.0, 1.2] # Applied Drain Source Voltages measured_drain_currents = [1e-6, 2e-6, 3e-6] # Measured Drain Currents corresponding to above VDS result = calculate_mu_cox(w, l, threshold_voltage, drain_source_volts, measured_drain_currents) print(f"Calculated Mu*Cox Value is {result:.2f}") ```
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