【公開課】gm-id電路設(shè)計(jì)方法[基于Cadence IC 617，網(wǎng)易見...
在cadence獲得gmid設(shè)計(jì)方法所需曲線
---------- 概述 ----------
- 傳統(tǒng)手算方法在小尺寸不再精確：例如尺寸↓，Sah方程的精度↓，不再很好地遵守平方律（短溝道效應(yīng)等問題）
- gm/Id方法：利用圖表來進(jìn)行手工計(jì)算
/感興趣的參數(shù)：gm，Id，gm/Id，fT（管子特征頻率），fT*(gm/Id)，gm/gds，Id/W（電流密度），vov(vth-vgs)
---------- y vs. vgs plot ----------
/y指的是所有關(guān)心的量，如gm、fT、gm/Id等
/要獲得gmid設(shè)計(jì)方法需要的曲線(比如gm/Id vs. fT)，需要先獲得所有這些量和vgs之間的關(guān)系(gm/Id vs. vgs和fT vs. vgs)，再以vgs作為中間量，獲得gm/Id vs. fT曲線
- 需繪制的特性曲線：
gm vs. vgs
Id vs. vgs
gm/Id vs. vgs
fT vs. vgs
fT*(gm/Id) vs. vgs
vov vs. vgs
Id/W vs. vgs
1. 單個(gè)尺寸下的特性曲線（NMOS）
****圖例都是自己跑的結(jié)果(smic18mmrf，n18，width=5u，length=300n)，和視頻結(jié)果有差別
- Id vs. Vgs
/1.8V NMOS 設(shè)置變量L=length，W=width
/仿真設(shè)置：對vgs進(jìn)行dc掃描
tip：在ADE中，Design variable窗口內(nèi)右鍵，有部分快捷的操作
/Output選擇管子漏端，run
- 從Results Browser獲取部分參數(shù)(需添加一個(gè).scs文件)
/cadence或者spectra只會存儲DC operating point中很小一部分的數(shù)據(jù)（如下圖），要寫一個(gè)scs文件，讓cadence能存儲所有掃描的點(diǎn)的DC message
/在打開icbf的目錄下，創(chuàng)建一個(gè)空的.scs文件(save_op.scs)
/編輯.scs文件，M0是原理圖對應(yīng)的管子
/將.scs文件添加到ADE的model library或Simulation FIle（都在Setup目錄下），這里以Simulation FIle為例，點(diǎn)擊Apply→OK
/再次運(yùn)行仿真，ADE→Tools→Result Browser，在dc欄目中可以看到所有的參數(shù)都被保存，雙擊參數(shù)則會自動繪制曲線
/gm，Id，gm/Id等眾多參數(shù)都可以直接繪制，經(jīng)驗(yàn)證，這里繪制出的圖像和在ADE的Output處繪圖，結(jié)果是完全一致的
- fT vs. vgs(需要calculator, expression相關(guān)操作)
/特征頻率fT是晶體管電流放大能力(β=id/ig)下降到1時(shí)的頻率，這種性能的劣化主要由柵電容Cgg決定，fT=gm/(2*pi*Cgg)，cgg=-(cgs+cgd+cgb)
tip：可參考https://www.doc88.com/p-8788931950034.html?r=1
/Result Browser中沒有提供fT，但提供了gm和Cgg，通過Calculator在ADE的Output中完成繪圖
tip：16個(gè)電容參數(shù)可參考http://ee.mweda.com/ask/411926.html
/在Result Browser中右鍵Cgg→Calculator
/面板中是Cgg vs. vgs對應(yīng)的expression，闊選→右鍵→Copy
/回到Result Browser中右鍵gm→Calculator，粘貼Cgg的表達(dá)式，獲得gm/(2*pi*Cgg)
tip：覺得這樣復(fù)制麻煩，可以把表達(dá)式添加到calculator的Stack
/回到ADE，Output→Setup→Get Expression將calculator的表達(dá)式導(dǎo)入，設(shè)置Name為fT，點(diǎn)擊Add→OK
tip：如果要改表達(dá)式，在ADE的Output框中雙擊變量，Get Expression→Change
/添加了Output變量fT，不用重新Run，直接plot
/結(jié)果如下
- fT*(gm/Id) vs. vgs
/同上，從Result Browser中可以獲取fT和gm/Id的表達(dá)式，設(shè)置Output變量fT*(gm/Id)
/結(jié)果如下
- vgs-vth vs. vgs
/同上，Result Browser中有vgs和vth，vov=vgs-vth
- gm/gds vs. vgs
/同上，Result Browser中有g(shù)m和gds(即ro)
- Id/W vs. vgs(獲得width vs. vgs expression的技巧)
/width是Design Variable，需額外設(shè)法plot width vs. vgs，獲得expression用于和前面相同的繪圖方法
tip：比如getData("M0:id?"?result"dc")就是Id vs. vgs的expression，這里要設(shè)法獲得v("/W"?result"dc")
/電路設(shè)置：增加一個(gè)不用的vdc器件，將電壓設(shè)為width，輸出端接wire，wire的另一頭連接到basic的noConn器件，表示不連接到任何端口
/快捷鍵L(Add Name)，為這段wire設(shè)置名稱W(只為了方便看)
/這樣做的目的是讓名為W的wire上擁有一個(gè)等于width的電壓值，把width變?yōu)榭梢宰鳛镺utput來繪圖并獲得expression的量，唯一的差別是單位從m(米)變成了V(伏特)
/ADE中Results→Direct Plot→DC
/原理圖中選中導(dǎo)線W→ESC退出點(diǎn)選，得到W vs. vgs，右鍵曲線名稱→Send To→Calculator，獲得expression
/Result Browser中有Id，和前面相同的方法，獲得Id/W vs. vgs
2.對L進(jìn)行掃描，獲得多個(gè)尺寸下的MOSFET特性曲線
對于gm/Id分析方法，幾乎所有變量對W都是不敏感的，因此只對L掃描，固定W=5u
/在ADE的Outputs整理好所有要plot的曲線
/Tools→Parametric Analysis
/設(shè)置length從180n掃描到500n，線性間隔80n
/結(jié)果如下
/保存ADE的state，注意Parametric Analysis的state也可以保存
3.測試PMOS的特性曲線
/在前面的.scs文件中，保存的是M0管的參數(shù)，要保持待測管名稱和.scs文件中的命令一致
/ADE中l(wèi)oad state，有些參數(shù)是負(fù)的，在Id、gm/Id、vov、Id/W表達(dá)式加負(fù)號，把值都改成正的方便分析，
/Parametric Analysis獲得曲線如下
---------- y vs. y plot(Cadence) ----------
/Lecture2中獲得的曲線x軸為vgs，y軸為Id、gm、vov等，gmid方法需要這些y值之間的關(guān)系曲線，比如vov vs. gm/Id，即y vs. y plot
僅介紹在cadence中的實(shí)現(xiàn)方法
- 從ADE生成ocean script
/ocean全稱Open Command Environment for Analysis，是一種SKILL語言，可以配置cadence中的仿真環(huán)境
tip：關(guān)于ocean script的介紹，參考https://zhuanlan.zhihu.com/p/27786161
/重新寫一個(gè)ocean script比較費(fèi)事，在ADE的Session→Save Ocean Script可生成當(dāng)前的ocean script，是一個(gè).ocn文件，我命名為n18_gmid.ocn
/打開.ocn文件，可以對應(yīng)查看ADE中的仿真設(shè)置
/可以直接在icfb中運(yùn)行.ocn文件，實(shí)現(xiàn)無GUI的仿真運(yùn)行。將除icfb以外所有界面關(guān)閉（僅為說明無需GUI），在icfb中輸入命令:
load("n18_gmid.ocn")
加載.ocn文件，在icfb日志中可以看到仿真過程，結(jié)束后與ADE中一樣地完成plot
- 修改ocean script，實(shí)現(xiàn)y vs. y plot
/ocnYvsYplot是用于實(shí)現(xiàn)y vs. y plot的函數(shù)，vgs只是中間量
/結(jié)果如下(這4個(gè)曲線不一定有用，只是y vs. y plot的例子)
tip：去掉addSubwindow()函數(shù)，各曲線繪制在一張圖內(nèi)
tip：也可以直接在icbf命令框輸入函數(shù)
- 對length進(jìn)行掃描
/掃描功能是在ADE的Tools→Parametric Analysis中完成的，實(shí)際上Parametric Analysis也就是在ocean script中的一些函數(shù)，出于方便，直接從Parametric Analysis中生成ocean script
/把繪圖的語句添加到Parametric Analysis生成的ocean script中：
/繪出4種很有用的曲線：gm/Id vs. vov；gm/gds vs. gm/Id；fT vs. gm/Id；Id/W vs. gm/Id；結(jié)果如下
/對pmos重復(fù)操作一次
