（十四) 基于cadence 617 gmid曲线仿真 参数扫描方法
传统的设计方法是采用过驱动电压的设计方法，原理理论基础是长沟道器件，然后工艺越来越先进小，进入深亚微米后，传统的长沟道物理模型偏差会比较大。从MOS晶体管反推估算参数会比较不太准确，计算有点繁琐，gmid的方法就是采用gm与id的比值来抵消工艺参数得到关于过驱动电压关系式，选择合适gmid的比值也就选择了过驱动电压。gmid方法是通过对CMOS晶体管进行曲线的一个扫描，然后绘制出不同的长度，不同的
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前言
传统的设计方法是采用过驱动电压的设计方法，原理理论基础是长沟道器件，然后工艺越来越先进小，进入深亚微米后，传统的长沟道物理模型偏差会比较大。从MOS晶体管反推估算参数会比较不太准确，计算有点繁琐，gmid的方法就是采用gm与id的比值来抵消工艺参数得到关于过驱动电压关系式，选择合适gmid的比值也就选择了过驱动电压。
gmid方法是通过对CMOS晶体管进行曲线的一个扫描，然后绘制出不同的长度，不同的gmid的条件下，特征频率、本征增益、电流密度的曲线，只需要在对应的曲线查找所需要的数值计算就行。
提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
一、基本概念
电流效率 gm/ID
通常希望大的 gm，以及 小 ID，以获得一个高速度低功耗（ gm 与 ft 有关， ft 决定速度)
传输频率 ft
定义为当输出电流与输入电流相等时（也就是电流增益为1)的频率 f ， ft 也是带宽，决定晶体管的速度
f
t
=
g
m
2
π
c
g
s
=
1
2
π
3
2
μ
V
O
V
L
2
f_{t}=\frac{g_{m}}{2 \pi c_{g s}}=\frac{1}{2 \pi} \frac{3}{2} \frac{\mu V_{O V}}{L^{2}}
ft=2πcgsgm=2π123L2μVOV
特征频率 ft 越大说明管子的速度越快，从 gm看来，gm越大， ft，也越大
传输频率 ft 与电流效率 gm/ID 的trade off
从上面表达式来看可以看出过驱动电压 VOV是一个连接电流 gm/ID 与 ft 的结，那么以 Vov 为横轴看其关系曲线
强反型区有着大的 ft 小的 gm/Id，弱反型区有着大的 gm/Id 小的 ft ，这样我们可以选择合适的VOV，满足电路对带宽、电流的要求
上表表明在同一工艺下，当 L不变，gm/Id 的值越小时，带宽越大；gm/Id不变，栅长L越大，带宽越大
本征增益
定义为指晶体管可以获得的最大增益
A
V
=
g
m
r
D
S
=
2
V
E
L
V
O
V
A_{V}=g_{m} r_{D S}=\frac{2 V_{E} L}{V_{O V}}
AV=gmrDS=VOV2VEL
VE 是一个工艺参数为一个常数，
可以看出
- 在相同的工艺下，L 越大其增益越大；
- 当gm/Id 的值越大时，则 VOV 越小，其能提供的增益也就越大
电流密度：ID/W
通俗的来说多少的 w 可以换成多少id，为单位尺寸 w 下的电流。一旦电流决定，那么除以电流密度得到电流对应的宽度w
噪声
可以看出
- 若MOS管做电流源则 gm/Id 小一点
- 若MOS管做放大管则 gm/Id大一点
二、gmid 方法步骤
-
从GBW出发决定op的gm（CL一般为定值） G B W = g m 2 π C L GBW= \frac{g_{m} }{2\pi C_{L}} GBW=2πCLgm
-
根据增益与速度选择一个合适的 L
短沟道有着高的速度 f t = g m 2 π c g s = 1 2 π 3 2 μ V O V L 2 f_{t}=\frac{g_{m}}{2 \pi c_{g s}}=\frac{1}{2 \pi} \frac{3}{2} \frac{\mu V_{O V}}{L^{2}} ft=2πcgsgm=2π123L2μVOV
长沟道有着大的增益 A V = g m r D S = 2 V E L V O V A_{V}=g_{m} r_{D S}=\frac{2 V_{E} L}{V_{O V}} AV=gmrDS=VOV2VEL -
选择MOS的gm/Id
大的gm/id （做放大器，使得电压噪声要小，低功耗 ，宽摆幅，小的过驱动电压）
小的gm/id （做电流源，使得电流噪声要小，高速度） -
决定电流I*（由1 的gm，3的gm/Id决定）
-
从 gm/Id VS Id/w 表中，查3 中gm/Id对应的Id/w，将I除以 Id/w得到W
三、绘制曲线
NMOS
电路图
MOS管参数设置
直流仿真
Dc Analyses
Design Variables
RUN，为什么要先跑一个简单的直流呢？因为接下来要去计算器把跑过的直流工作点添加成表达式
计算器添加直流参数
打开计算器
计算器表按键获取的数据类型
上面有一个没写 OS：挑选一个元器件，然后选择直流工作点，创建表达式
我们选择OS，点击MOS（一般点完这个小窗口会隐藏在底部菜单栏，打开重新即可）
打开小窗口后点击list，发现有直流工作点了，接下里我们选择我们需要的值会直接送入计算器，选择 gmoverid
1. 右击复制上面表达式，因为后操作会覆盖原表达式，
2. 选择 self_gain
粘贴上一步表达式去计算器表示栏
点击下面Function Panel
把两个表达式送入波形函数
点击apply后，会出现在计算器原来的位置，再点击小齿轮送入输出
在输出栏显示
后面按一样的方法添加 gm/Id VS Id/w
先添加 id 的数值，添加进去之后，手动输入除以变量 W 得到表达式 Id/w
waveVSwWave函数
仿真环境已经有两个表达式
仿真运行
参数扫描
扫描L的值从200 n ~ 2 u，步长为 200 n，RUN
得到曲线族
右击Y轴，选择对数表示
PMOS
电路图
有点不同就是pmos电流为负值，要添加绝对值函数（下面可以直接复制去计算器窗口，注意器件名称）
waveVsWave(?x OS("/PM0" "gmoverid") ?y OS("/PM0" "self_gain"))
waveVsWave(?x OS("/PM0" "gmoverid") ?y abs(OS("/PM0" "id") / VAR("W")))
仿真环境
参数扫描
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