gm/Id方法在小尺寸情况下出现很大误差

cc95228

初步实验现象
初步实验1：I取1uA，M1取0.18um/0.18um，M2取1.8um/0.18um，得到M2电流为3.82u。
初步实验2：I取2uA，M1取0.18um/0.18um，M2取1.8um/0.18um，得到M2电流为8.28u。
初步实验3：I取1uA，M1取0.36um/0.36um，M2取3.6um/0.36um，得到M2电流为5.83u。
初步实验4：I取1uA，M1取0.54um/0.54um，M2取5.4um/0.54um，得到M2电流为7.76u。
上述均不满足电流1:10的关系。

gm/Id可以考虑电路的非理想效应，因此拿gm/Id的方法去实验，发现了gm/Id也不能解决上述问题，故而将自己的详细步骤写上，恳请高手指导解答：电流取1uA，L均取0.9um。此时用到的查找表为W=1um时得到的。
实验1：取M1与M2 gm/Id为10，得Id/W=4.46，得到W=0.224um。将M2的W设为0.448um，流经M2的电流此时应该是2uA，但结果是1.367uA。
实验2：在猜想是否应该将M1 M2设到亚阈值区，因此将M1的gm/Id设为18，得Id/W=1.55，得到W=0.645um。将M2的W设为1.29um，此时流经M2电流为1.76uA。结果略有好转。
实验3：电流取为5uA，L仍然均取0.9um
取M1与M2 gm/Id为10，得Id/W=4.46，得到W=1.12um。将M2设为2.24um，流经M2的电流此时应该是10uA，结果是9.9uA，结果较为理想。

进一步分析：
由于在扫描gm/Id曲线时，是将MOSFET设为1um情况下进行扫描的，因此设为不同的值进行扫描后观察电流密度I/W，横坐标为不同的L，纵坐标是在不同的W扫描出的：

理论上来说，当gm/Id值确定后，相同L不同的W的电流密度应该是一样的，如下图所示。但是从表格中看出，当W=0.18um扫描出来的电流密度与W=10um的差距相当大。
大W的对应的电流密度随W的变化变化较小。

由于实验1算得的W较小，因此在W=0.2um的时候重新扫描曲线，重新进行实验1：
电流取1um，L取0.9um，此时用到的查找表是在W=0.2um时重新扫描得到的。
实验4：取M1与M2 gm/Id为10，得Id/W=6.14，得到W=0.163um（已经小于0.18um了），重新选择gm/Id。
取M1与M2 gm/Id为12，得到Id/W=4.43，得到W=0.22um，将M2设为0.44um，则流过M2电流应该为2uA，实际上为1.36uA。（相较实验1没有好转）
实验5：
区M1与M2 gm/Id为18，得到Id/W=1.51，得到W=0.66um，将M2设到1.32um，此时流过M2电流为1.77uA。

问题如下：
1.电流小的时候将管子设置在亚阈值区电流镜像关系更接近理想关系，为什么？是因为尺寸变大非理想效应变低了吗？
2.为何在W=0.2um情况下重新进行了查找表的扫描，电流镜像关系没有好转？
3.为何实验3中将电流增加，效果也会好转，还是因为算得尺寸变大，非理想效应较低了吗？
4.接问题2，当W算的比较小，gm/Id方法出现了巨大误差，是否说明在窄沟道情况下，gm/Id方法并不适用？

个人理解当W较小的情况下，gm与W的变化并不是线性关系（gm=2*Id/Vgs-Vth），因此gm/Id方法在窄沟道情况下不适用，所以存在误差。

提问不当或理解不合理之处，还望指正，十分感谢！

victor0o0

电流镜一般是相同的W和L，不同的multiplier
W/L不一样的晶体管，VTH，beta等参数都不一样的

stone1005

你这个VDS不一样啊，电流当然不一样的。

cc95228

victor0o0 发表于 2020-7-7 11:33
电流镜一般是相同的W和L，不同的multiplier
W/L不一样的晶体管，VTH，beta等参数都不一样的 ...

是这样的，VTH差很多，导致VOD差很多
十分感谢~