MOS管失调电压分析

1、蒙特卡洛（MC）仿真(2012-11-03 19:02:19)转载标签：杂谈分类：IC设计关于spectre下蒙特卡洛（MC）仿真的资料有一些，但大都侧重讲如何在ade里设置，前提是foundry提供MC的相关模型。据我所知，t是有的，下面的一些信息还是从t的模型中分析知道的。但是也有些foundry没有，或者即使有，也没有具体讲自己的模型如何使用。所以这里准备从模型的角度讲解这个问题。理解了模型，也就可以自己编写或者看懂foundry的模型文件了。我们自己先猜测一下MC仿真的过程。从文档上看，MC分为process和mismatch两种，spectreuser的文档具体给了一个示意流程图。在

2、每次MC分析时，（如果选择process）先根据process相关信息，将每个器件的参数统一改变，（如果选择mismatch）再将每个器件的参数单独改变。所以在模型中，就需要提供相关的内容：器件的哪些参数要变，如何变。正常的仿真，器件参数也会变，只不过那时是调用不同的corner。因此哪些参数要变，完全可以仿照corner仿真时各个section的写法。具体的说，就是在每个模型里都有一些参数，parameter，这其实是变量。在每个corner里都给这些parameter赋值。MC时也是这样，需要在模型里有参数，在最前面有参数赋值。只是这里的参数赋值有专门的语句：statistics。具体语法

3、可以参考手册。在statistics里分了process和mismatch两种情况，然后在每种情况下可以用专门语句描述变量的分布情况。这就回答了前面所说的器件哪些参数要变和如何变的两个问题。当运行MC时，spectre会自动根据statistics里的描述，产生相应的模型变化。而当正常的仿真时，spectre会去别的parameter赋值部分寻找变量值，所以互相可以不冲突。但是上面描述的只是基本用法。在许多mismatch模型中，变化量的参数是和器件的w，l相关的。如何把这两者关系描述出来，上面的方法就不适合了，因为w和l并不能传递到statistics中去。spectre对此的解决方法是引入

4、了inline subckt。可以参考spectreusr中对这个的描述，基本就是为了解决上述问题而提出的。在inline subckt中，w和l可以作为参数传到下一层中，在此同时，模型参数也被向下传递，因此可以在中间定义模型参数与w，l的关系，这时各个参数是可以相互看到的。这也就是为什么MC分析时，管子的模型一般都要换掉。因此在最后，出现的情况就比较多了，电路中的模型可以用普通模型，也可以用MC模型，分析可以用普通仿真，也可以用MC分析。有人的blog里就总结了tsmc中几种排列组合能实现的结果。我想只要了解了底层机制，记忆这些就容易多了，而且即使工艺厂下次改变了模型写法，也能很快知道如何使

5、用模型。最后，说一个问题。当器件存在m参数时，按照m参数的传统意义，等于是完全相同的器件并联，因此MC分析似乎也是这个思路。但实际中理论上各个器件应该是有差别的。所以如果m大，理论上应该是失配减小，但仿真结果却是不变。我不知道是哪里还可以继续改进对m的处理，使其更加合理。根据Sensan的精粹上的第15章，MOS的随机失配中阈值电压失配的计算Avt是MOS管的阈值失配的平均值（或 期望），sigma是失配的标准差Avt=tox*(Nb)(1/4)，反正就是和工艺相关，toxL/50，所以工艺尺寸越大的，阈值的失配均值Avt越大，使用更小线宽的工艺可以减小Avt，但是0.13um以下工艺，Avt

6、基本稳定在 3mV左右。sigma=Avt/sqrt(W*L)，sigma描述的是Avt的波动型，sigma越大说明各个管子阈值偏差离散型较高，也就是匹配不好问题是，在考虑MOS管的阈值失配时，这个失配说的是Avt还是sigma?，比如说，只考虑一个运放的差分对管的阈值失配，要使得差分输入对的输入失调电压Vin,offset小于1mV，是不是说的是 sigma1mV?在一个0.18um工艺中给出的mismatch特性中，Avt=5.0mV, 要使得sigma25um2？如果L=1um，就是说要W25um?如果L=0.5um ， W要大于 50um？如果要sigma502 um2 ? 如果L=1

7、um那么要W2500um？那如果失配只和sigma相关，那么Avt的意义何在？更小的Avt可以使得更小的W*L就可以满足失调的要求？嗯，可能我表述的有问题吧。 Avt=tox*(掺杂浓度Nb)(1/4)， toxL/50 ，所以只和工艺相关，选定工艺Avt也会相应给出这个确实是这样的，比如0.13um工艺 Avt=3mV。 我想问的是单单考虑输入管的阈值失配，（beta失配指的是跨导失配），这个失配就是指的sigma吧？ 比如单单考虑输入管的阈值失配，那输入管的失配就是simga(VT)=Avt/sqrt(W*L)吧？回复1#lishiliang先把单位搞清楚。Avt=a mV.um, Vt=

8、b mV你的差分对每个管子阈值分别为 Vt0=Vtz+delta_Vt0, Vt1=Vtz+delta_Vt1。比如分别为0.51V=0.5V+0.01V，0.53V=0.5V+0.03V.你是不可能得到完全一样的Vt0和Vt1的，这是绝对值。但是我们可以通过增加面积来使两者足够接近，比如说都趋近于0.5V，当然那批工艺也可能是趋近于0.51V，这都是绝对值。根据前人大牛们的数学推倒及测试数据验证，一批次的工艺，有这样的关系，sigma(Vt0-Vt1)=sigma(delta_Vt)=Avt/sqrt(WL)。Avt就是做出来的一个拟合系数而已，不同工艺，不同值。这里的sigma是标准差，就是说测了一堆Vt的值，发现Vt值得波动，在两两差值上存在这么一个统计的关系。此时的sigma单位也为mV。所以说，谁要是说让你做一个两个阈值绝对值都是0.5V的匹配，你让他哪凉快哪玩去。你只能保证说，我可以把两个管子的阈值的绝对值都做到趋向于0.5V，或是都