微电子新手入门之Cadence常用仿真——NMOS管的跨导

最新推荐文章于 2025-07-22 09:57:44 发布
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本文详细介绍了如何通过直流仿真来计算MOS管的跨导gm，包括设置输入电压、测量输出电流、使用ADE界面进行参数扫描及绘制跨导曲线的全过程。

gm的定义是输出电流和电压的比值， 其量纲是电阻的倒数。 因此只需要在输入端加一个电压， 测量输出端的电流即可。

简单的做DC直流仿真，然后在ADE界面中执行菜单栏命令【Tools】→【Results Browser】，选择mos管，将id取值到计算器当中：

同样的，将栅极电压源的电压值也取值到计算器当中：

接下来，在ADE界面中执行菜单栏【Outputs】→【Setup】，添加新的公式，取名为Gm，获取计算器中的公式：

最后的ADE界面如下：

对VG进行参数扫描，注意不要在DC扫描中设置。

最后得到的跨导曲线为：

 

 

学习笔记(一):基于Cadence 618仿真跨导随输入电压变化图
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要在Definition中加入Drain Current和Gate Voltage，在Add Quantity处选中Drain Current和Gate Voltage后，点击一下即可（点击序号3处），定义好后，点击OK。6、在Display的界面下能够看到我们定义好的跨导：gm，选中它，点击Apply，即可显示出跨导曲线。4、在Functions界面下能够看到我们定义的跨导，然后点击Apply。2、然后在TonyPlot界面下，选择Edit–>Functions。
cadence如何验证mos管速度饱和
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<think>好的，用户想了解如何使用Cadence工具来验证MOS管的速度饱和情况。首先，我需要回忆一下MOSFET速度饱和的基本概念。速度饱和是指当沟道中的横向电场足够强时，载流子的迁移率不再恒定，导致饱和电流不再随栅压的平方增长，而是线性增长。这在短沟道器件中尤为明显。 接下来，用户的问题是关于Cadence工具的方法论。Cadence主要用于电路设计和仿真，常用的工具有Virtuoso和Spectre。验证速度饱和通常需要直流分析和参数扫描，可能还需要提取跨导和输出电导等参数。 首先，用户需要建立测试电路，可能是一个单个MOSFET的测试结构，连接适当的电压源。然后设置直流仿真，扫描栅极电压Vgs和漏极电压Vds，观察Ids的变化。在速度饱和区域，Ids随Vgs的增长率会变缓，跨导gm会下降。 另外，用户可能需要参数提取，比如提取不同Vgs下的饱和电流Idsat，并绘制Idsat与Vgs的关系图。如果出现线性而非平方关系，则表明速度饱和效应显著。同时，观察输出特性曲线中Vds对Ids的影响，速度饱和时Ids对Vds的变化不敏感。 还要考虑工艺角（Process Corner）和温度的变化，进行蒙特卡洛分析，确保结果在不同条件下的鲁棒性。可能还需要使用模型参数如Vdsat来辅助验证。 用户可能需要具体的仿真步骤，比如如何在Virtuoso中设置仿真，如何添加扫描变量，以及如何在后处理中提取gm和输出电导。此外，可能需要引用BSIM模型中的相关参数，如U0（低场迁移率）和Vsat（饱和速度），这些参数在模型文件中可以查看，以确认仿真是否准确反映了速度饱和效应。 最后，生成相关问题时要覆盖仿真方法、关键参数、结果分析、模型影响、与其他效应的比较以及优化方法，帮助用户全面理解。</think>### 使用Cadence工具验证MOS管速度饱和的方法 #### **1. 建立仿真环境** - **电路搭建**：在Cadence Virtuoso中创建测试电路，包含待测MOS管（如NMOS/PMOS），连接直流电压源$V_{GS}$（栅源电压）、$V_{DS}$（漏源电压）和衬底偏置[^1]。 - **模型选择**：确保工艺模型（如BSIM4）支持速度饱和效应参数（例如$V_{SAT}$、$U_0$等）。 #### **2. 设置直流仿真** - **参数扫描**： - 扫描$V_{GS}$（例如从0到电源电压），固定$V_{DS}$在饱和区（如$V_{DS} > V_{GS} - V_{TH}$）。 - 扫描$V_{DS}$（例如从0到电源电压），观察$I_{DS}$随$V_{DS}$的变化。 - **仿真配置**：使用Spectre或APS仿真器，启用高精度模式（`method=traponly`）以提高收敛性。 #### **3. 关键参数提取** - **饱和电流分析**： - 提取$I_{DS}$随$V_{GS}$的变化曲线。速度饱和时，$I_{DS} \propto V_{GS}$（线性关系），而非平方律$I_{DS} \propto (V_{GS} - V_{TH})^2$[^2]。 - 通过导数计算跨导$g_m = \frac{\partial I_{DS}}{\partial V_{GS}}$，速度饱和会导致$g_m$显著降低。 - **输出电导分析**： - 计算$g_{ds} = \frac{\partial I_{DS}}{\partial V_{DS}}$，速度饱和时$g_{ds}$趋近于零（理想饱和）。 #### **4. 验证速度饱和条件** - **模型参数对比**： - 检查工艺文件中的饱和速度参数$V_{SAT}$，若$V_{DS}/(L \cdot E_C) > 1$（$E_C$为临界电场），则进入速度饱和区。 - 对比长沟道（$L=1\mu m$）与短沟道（$L=0.13\mu m$）器件的$I_{DS}-V_{GS}$曲线，短沟道更易出现速度饱和。 #### **5. 高级分析** - **温度与工艺角验证**：在不同温度（TT/FF/SS工艺角）下重复仿真，观察速度饱和效应的鲁棒性。 - **AC响应验证**：通过小信号AC分析，验证速度饱和对高频特性（如$f_T$）的影响。 --- ### 示例仿真代码（Cadence ADE） ```tcl ; 设置直流扫描 analysis('dc ?param "VGS" ?start 0 ?stop 1.2 ?step 0.01) analysis('dc ?param "VDS" ?start 0 ?stop 1.2 ?step 0.01) ; 输出电流和跨导 plot(getData("I_DS")) gm = deriv(getData("I_DS") "VGS") plot(gm) ``` --- ###
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