三种方式仿真输出电阻ro结果不一致

海绵

我根据三个公式来仿真输出电阻ro，发现仿真差别很大：


1：ro=1/lamda ID
2：ro=1/(δID/δVDS)
3：ro=1/gds

下图是仿真电路，跑的是DC


下图为DC电流IDS


下图为用三种计算方式得到的 “ro”其中ro=1/λID那条曲线由于不知道λ，所以plot的是1/ID,因为管子L恒定，我认为λ近似恒定，不应该影响曲线的趋势


请前辈们指点一下，哪条曲线是正确的，其余的错在哪里？或者我对公式的理解是否有偏差？谢谢！

gtfei

1：ro=1/(lamda*ID)
2：ro=1/(δID/δVDS)
3：ro=1/gds
2和3的等式是等效的，都是计算的DC沟道电阻gds=δID/δVDS，所以你看到两条曲线基本重合，这个没问题。
2和3曲线有偏差的原因是因为计算所用的电流值不同，一个用了电流源的电流，一个用了沟道电流，差异存在于Idb这种漏电流没有计算上去在DC Operation Point中 gds=d(ids)/d(vds)=1/rout ,  而DC电阻ron=vds/ids，所以小信号电阻看gds和rout均可


等式1的曲线直接作图出来确实对应不大上，这个是个约等式，上一级约等式为ro=(1+lamda*VDS)/(lamda*ID)，其中VDS的变化速率应该大于饱和电流ID，所以ro直观上应该会上升。PS：作图出来也是对不大上。

gtfei

PS: 如何区分理解大小信号的电阻所对应的含义，请移步参考：
https://blog.csdn.net/u010486560 ... 1&spm=3001.4430

海绵

gtfei 发表于 2021-5-6 15:39
我的理解是：你做的仿真都没错！

1：ro=1/lamda ID

你好，谢谢你的回复。以我的理解，公式2和3 都是小信号量而非大信号阻值。因为此处用的是微分δ（所以是小信号量），而不是直接VDS/IDS（大信号）。

反倒是公式1得到的曲线，像是DC电阻（因为直接是1/DC电流，虽然拉扎维书里说是输出阻抗ro）

困惑

acging

首先，你要明白对于线性区和饱和区，ro的计算公式是不同的，1/(lamda*Ids)是饱和区的公式。
对于你扫描的曲线，vds比较低时是线性区，比较高是饱和区。
对于公式2和3，这两者是相同的，是ro最基本的推导公式，无论大信号小信号，线性区饱和区都适用。
对于公式1，这是饱和区小信号公式，与沟道长度效应是相关的。在饱和区应当与2和3重合，一般lamda值也是根据gds反推得到的。

海绵

acging 发表于 2021-5-6 16:09
首先，你要明白对于线性区和饱和区，ro的计算公式是不同的，1/(lamda*Ids)是饱和区的公式。
对于你扫描的曲 ...

你好！谢谢你的回复。
我清楚一般讨论ro是基于饱和区的，此处从线性扫是因为想明确区分线性区和饱和区。

大致总结了下你的意思，不知我的理解是否正确，还请帮忙看下：

1 ：以后看小信号ro，直接看1/gds即可，无需费力求各种IDS的偏导。

2：曲线1 2 3 在饱和区理应近似重合，我仿出来在饱和区不同，是因为没有考虑  λ 的影响（我plot的是1/IDS）

那么  在我的仿真图中，1/IDS随VDS增大而降低，那么为了使1/λ IDS能够拟合到另外两条曲线，我需要 1/λ随VDS增大而增大

即，λ 这个参数 随VDS增大而降低？

总感觉有点奇怪，λ不是应该近似常数吗？

还请指点一下，谢谢！
另，可以明显看到VDS增大  饱和区电流是在增大的，由1/λID 得到输出阻抗应该降低，但是 由1/gds得到的却在明显上升。还请帮忙指点一下

ol0930

有误，删除中

海绵

ol0930 发表于 2021-5-6 16:58
有误，删除中

hhhh正准备回复你，发现你删掉了
没关系，我们多多交流！
谢谢！

david_reg

1的公式只适用于计算level1的长沟道模型在饱和区的ro；从电路图上看，mos管应该是短沟道的BSIM模型，在短沟道效应下，ro会随Vds增加而增加。

参考资料：B. Razavi, Design of analog CMOS integrated circuits (2ed), Second edition. New York, NY: McGraw-Hill Education, 2017.

acging

海绵 发表于 2021-5-6 16:38
你好！谢谢你的回复。
我清楚一般讨论ro是基于饱和区的，此处从线性扫是因为想明确区分线性区和饱和区。

lamda不是一个常数，与vds是有关的。
我找了另一本教科书上的公式，与razavi有所不同，供参考。