gmId设计仿真及MOS管特性

一、gmId设计仿真

以tsmc180nm工艺的nmos2V为例，搭建gmId设计电路schematic如figure1：

figure 1 nmos2V的gmId设计电路原理图

MOS管的长L设置为变量L，宽W设置为1u，栅极加电压为直流变量VGS，电源电压Vcc设置为0.6V。shift+x检查保存后，进行ADE L设置。

figure 2 ADE L设置变量

variables-edit-copy from，设置L=200nm，VGS=300mV。

figure 3 DC设置

analysis-choose-dc，设置如图figure3，扫描参数VGS：0.1V~1.1V。

figure 4 新建save.scs文件

在工作project文件夹下新建workarea文件夹，在workarea里新建save.scs文件，内部写入figure4所示内容，保存。（注意：M0为电路原理图中MOS管的name，我的电路为M0）

figure 5 设置定义文件

在ADE L中，setup-simulationfiles，将刚刚创建的save.scs文件设置为定义文件。如figure5所示。

figure 6 result browser查看DC下各参数值

netlist and run后，ADE L中Tools-resultbrowser，出现figure6窗口，点击psf文件里的DC文件里的M0，底下的signal会显示M0的各个直流参数，每个直流参数里包含所有扫描的VGS下对应的参数值。后面output的设置会用到这些参数值。

figure 7 output设置

在ADE L中，output-setup，输入name，比如gmid，然后open打开计算器，此时在figure6的resultbrowser界面的signal中找到gmoverid参数，右击选择calculator，将gmoverid参数导入计算器中，在output设置界面点击get expression获取表达式，apply一下gmid这个输出参数就设置好了，就可以设置其他参数了。设置其他参数可能需要在calculator中编辑表达式，比如figure7中IdoverW就是用id/W作为表达式。（注意：W不在psf-DC下，而在psf-instance里面。）另外两个表达式：ft=gm/(Cgg*2π)，gmro=gm/gds。

figure 8 saving state保存ADE L的设置

在ADE L中，session-savestate，按照figure8设置保存，方便日后调用。

figure 9 参数分析设置

在ADE L中，tools-parametricanalysis，设置MOS管长的变量L为0.13u~1，仿真五条曲线，steps设置5。此时不直接运行，点击file-saveocean script，保存为脚本，命名为gmid.ocn，我们在脚本直接修改设置plot。

figure 10 gmid.ocn保存命名

figure 11 修改gmid.ocn脚本

在工作路径内找到gmid.ocn，打开后将脚本最后的plot全都删除，编辑为figure11的脚本。保存退出即可。

figure 12 运行gmid.ocn脚本进行仿真

不用再用ADE L仿真，直接在命令处输入 load(“gmid.ocn”)，回车就进行netlistand run了，得到figure13的以gm/id为横坐标，ft、Av、Id/W为纵坐标的三个图像，每个图有五条不同L的曲线。

figure 13 nmos2v的gmid 仿真结果

二、MOS管特性设计仿真

1.电压转移特性曲线

figure 14 电压转移特性曲线电路原理图以及ADE L设置

电路原理图：漏源电压Vds=3V，栅源电压Vgs设置成变量VGS，用于DC扫描。

ADE L：variables-edit，设置VGS=2V。analysis-choose-dc，在designvariable处从0~2V扫描VGS。Output从原理图中选择漏端端点即为电流。

Netlist and run后，即可获得figure15电压转移特性曲线。

figure 15 nmos2V的电压转移特性曲线

由于速率饱和，所以曲线在VGS越大后会变缓，忽略速率饱和就是平方率曲线了。

2.输出特性曲线

figure 16 输出特性曲线电路原理图和仿真环境设置

figure 17 nmos2V输出特性曲线

3.温度特性曲线

在电压转移特性曲线的基础上，在ADE L中利用parametricanalysis设置0~160℃范围内steps=8，得到八条不同温度的电压转移特性曲线。

figure 18 设置parametricanalysis

在parametricanalysis中运行，得到figure19的八条不同温度的电压转移特性曲线。

figure 19 8个不同温度下的电压转移特性曲线

根据figure19，我们知道存在一个点，电压电流不随温度而变化，即零温度系数点。放大图像，找到曲线相交的点即0TC。（686mV，135uA）

figure 20 0 Temp C