图文教程----gm/Id设计方法原始曲线的仿真办法（不同L下的曲线簇）

somnia · 发表于 2017-2-24 22:27:36

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本帖最后由 somnia 于 2017-3-6 20:09 编辑

最近学习了EE240，课程中摒弃了原来长沟道下基于过驱动电压Vov的设计方法，而改用了gm/Id设计方法，恰巧最近也看到论坛有讨论此方法及原始曲线的仿真办法,还不了解此方法的朋友参见EE240课程或此网址：http://bbs.eetop.cn/thread-621543-1-9.html

依据原帖及其参考文献《A Basic Introduction to the gm ID-Based Design》，我们需要获得ft VS gm/Id、gmro VS gm/Id及Id/W VS gm/Id在不同沟道长度L下的曲线簇。但是原作者的方法需要用到OCEAN脚本及MATLAB编程，这给很多朋友包括我都造成了不小困扰。除了这个方法，论坛上其他仿真方法只在固定沟道长度L下仿真，需要仿真多次而且得到的曲线观察起来不直观，见以下两贴：
http://bbs.eetop.cn/thread-340797-1-3.html
http://bbs.eetop.cn/thread-342683-1-4.html

因此我这里介绍一种不需要OCEAN及MATLAB编程，只用Cadence,Hspice仿真得到.sw文件，再用spice explorer波形查看工具进行波形的后处理的方法，这些工具都可以在论坛下载到。
Hspice2010及spice explorer下载地址：http://bbs.eetop.cn/thread-313905-1-1.html

具体图文方法见我的附件

gm_id曲线簇仿真教程.pdf (611.32 KB, 下载次数: 4171 )

有了这些曲线就做好了设计的第一步，可以利用这些曲线开始你的设计了，祝设计愉快！！！

由于楼主只是个学生，过程中如有错误，请各位前辈斧正

3月下旬我会再出一个利用这次产生的曲线设计一个二级运放的报告，希望可以帮助到需要的人，共同进步。

最后感谢论坛中wangji2036及wangheng1991这两位的帮助~

cmfjxga · 发表于 2017-2-25 09:13:24

支持，用中文讲讲gmId吧，大家都学习学习

somnia · 发表于 2017-2-25 09:50:21

回复 2# cmfjxga

那我就简单的翻译一下EE240和《A basic introduction to the gm/Id based design》原作者的大意
我们知道，在长沟道器件设计中，设计的起始通常是为管子选取一个合适的过驱动电压Vov，因为当固定Vov后，由公式Vov=2Id/gm可知，仅仅简单的增加流过管子的电流就可以线性的增加电路的gm,也即增加了电路的增益。此外，管子的速度即特征频率Ft与过驱动电压Vov呈正比例关系，选定了Vov就基本确定了电路的速度，因此在长沟道下，Vov是一个对电路刻画很方便的变量。

由于上述结论都是基于平方率推导，在短沟道器件的情况下，用Vov作为设计的起始点通常会带来极大的偏差，严重时计算与仿真会差一个数量级。由上面我们的讨论，我们知道，实际上刻画电路本质的是gm/Id这个变量，只不过这个变量在长沟道下退化成了2/Vov而已，因此我们在短沟道下用gm/Id作为设计的起点，选择大的gm/Id则电路偏向高增益低功耗但低速，选择小的gm/Id电路偏向高速但增益低功耗大。

采用这个方法我们需要获得特征频率ft VS gm/Id, 本证增益gmro VS gm/Id及电流密度Id/W VS gm/Id三组曲线，通常的设计步骤是：
1、通过电路的增益需求，在gmro VS gm/Id的曲线上选择合适的沟道长度L
2、根据噪声，失调，速度等spec以ft VS gm/Id曲线为管子分配合适的gm/Id
3、根据零极点分布，确定各个管子的gm
4、由gm/Id计算Id
5、根据Id以Id/W VS gm/Id曲线为依据计算W
至此，电路的所有参数皆设计完毕

原课程及附件很长的内容由我这么几句肯定说的不透彻，建议还是参考原作
附上《A basic introduction to the gm/Id based design》

A Basic Introduction to the gm ID-Based Design.pdf (3.27 MB, 下载次数: 2320 )