热度 7| |
如果所有的mos都在饱和区遵守I=1/2u*cox*w/L*(vgs-vth)^2这个公式,也许天下太平,模拟工程师就可以和数字工程师一样直接写代码,一天做成百上千个opa了,spice也没人要了,bsim小组也可以解散了。
可惜事实不是这样。先说最基本的修正吧。上面公式里就没有vds的影响,等效r0无穷大。现实中最早就修正了(1+lamda*vds),这个公式似乎是从双极中借鉴来的。进一步,又把lamdda和管子的L做了关联,保证L越大ro越大。不过关于ro的准确性,似乎有人认为模型不能做的很准,是不是这样,就不清楚了。不过应该没有人做电路依赖精确的ro值(周末看文献,提到做模型参数提取时判断依据是IV曲线的rms误差最小,但是ro是IV曲线的导数,因此当rms误差最小时,未必ro很准。由此看来gm应该也有同样的问题。不过好在我们通常依赖的是很大的gmro做负反馈,而gm-C滤波器中也常常要校准,所以不准就不准)。
再进一步的修正,我记得有DIBL效应(看了一下器件书,这个效应似乎主要在亚阈值区提)。这个名字很酷。意思也很简单,漏致感应势垒降低,就是加上vds之后,vds越大,对应的vth越小。这反映在I vs. vds的曲线上,就是让曲线也上翘,等于也引入了ro。
再就是大尺寸下名义w与L和实际w,L是有差别的,小尺寸下w和l会影响vth(对其他各个参数也有影响,但似乎对vth的影响最有名)。至于vth是随w和l变大还是变小,我也记不住了,貌似不同工艺还不一样(印象中对两大foundry的.13做过仿真)。这个效应估计也没人敢用,于是大家就用较大的w和L,避免很小的delta引入很大的匹配误差。至于多少算合适,貌似也是随人而定。保险的话就取大点,不得不做的很快的,或者对匹配要求不严的,小点就小点。
再著名的效应应该是速度饱和了吧。这是针对横向电场而言(vds),当电场增大到一定程度,载流子速度基本不变,电流也就随之不增加。对设计者而言,在外的表现就是器件特性变化了,从vgs-vth的平方律变成了线性关系。如果单纯这样变也没什么,但实际中是平方率和线性关系的混合了。在最简单模型中定义vdsat=vgs-vth,就是vds过了这个电压,对I的影响就减弱了。现在仍然可以定义vdsat,饱和电压,不过这个就是速度饱和引起的饱和电压与原来的vgs-vth的混合体。所以vdsat与vgs-vth就没什么直接关系了。不过大趋势应该还是一致的。
说到这里,应该是很多人经常问的,怎么vdsat不等于vgs-vth啊。如果用我上面的解释估计仍然不足。在有些时候,即使采用最简单的模型(没有考虑速度饱和效应),等式也不成立。这是由于平方率公式仍然做了一些简化。level1的模型采用平方率公式,之后的模型都改用更复杂一些的模型公式,所以vdsat!=vgs-vth是常态。常用的bsim公式中给出了vdsat的公式,很复杂,不过核心思想应该还是上面的一些东西。同样,vth也有自己的定义,类似的gm,ro。我估计如果真有人有心,把bsim的公式重新计算一遍,理论上应该和仿真器给出的值是一样的。我是不愿意做这事情,相信仿真器好了。
其他的效应我一时记不住,暂时留在这里。
在版图上有名的影响应该是sa,sb,sc了。这是LOD效应提取出来的几个参数,对应栅到有源区边缘的距离。曾经有foundry刚开始给的提取文件里这个都不提,可见是alpha版。这几个参数对版图的匹配影响很大,不过好在也很容易发现。
到了65nm工艺,又出来了WPE,提取出的是sca,scb,scc。这个公式很复杂了,不过对应的是有源区和栅到阱的距离。在设计中,对vth影响很大。所以画版图更麻烦了,匹配更难做了。
上面两个给版图带来的最大影响应该就是m与finger是不太一样了。另外,如果用共享有源区的方法,ABBA一定是不匹配的,虽然他中心对称。要是不共享有源区,还可以,不过按以前的说法,寄生电容变大了(貌似以前做ABBA,考虑到电容也是不匹配的,不过做ABBA一般都是要求中等的,不会考虑这么多)