【Cadence仿真技巧学习笔记】求解65nm库晶体管参数un, e0, Cox
- 在设计放大器的第一步就是确定好晶体管参数和直流工作点的选取。
- 通过阅读文献，我了解到L波段低噪声放大器的mos器件最优宽度计算公式为
W o p t . p = 3 2 1 ω L C o x R s Q s p W_{opt.p}=\frac{3}{2}\frac{1}{\omega LC_{ox}R_{s}Q_{sp}} Wopt.p=23ωLCoxRsQsp1 - 根据设计指标我们得知，L波段的中心频率为1.3GHz，取 ω 0 = 1.3 G H z , R s = 50 Ω , γ = 2 , δ = 4 , α = 1 , V d d = 1.2 V , L = 0.13 u m , E s a t = 4 × 1 0 6 V / m \omega_{0}=1.3\mathrm{GHz},R_{s}=50\Omega,\gamma=2,\delta=4,\quad\alpha=1,\quad V_{dd}=1.2\mathrm{V},\quad L=0.13\mathrm{um},\quad Esat=4\times10^{6}\mathrm{V/m} ω0=1.3GHz,Rs=50Ω,γ=2,δ=4,α=1,Vdd=1.2V,L=0.13um,Esat=4×106V/m
- 进而我们可以得到最优品质因子Qsp为4
- 那么我们还剩下单位面积栅氧化层电容Cox是未知量
- 下面我介绍两种求解得到Cox的方法
方法一：寻找
- 以tsmcN65工艺库为例，找到工艺库对应的参数文件，其路径为
- 打开后先搜索对应的晶体管，这里我使用到的晶体管是nmos_rf，
- 可以看到，在这个工艺库模型文件中，其定义说明了晶体管的nr，lr，wr的范围，并说明了其额定工作电压为1v。
- 然后搜索相对真空介电常数epsrox，其值为3.9，这是表示SiO₂ 的介电常数
- 然后搜索等效栅氧化层厚度toxe，其值为2E-9，
- 载流子迁移率：u0，其值为0.02232
- 然后根据单位面积栅氧化层电容公式
C o x = ϵ o x t o x C_{ox}=\frac{\epsilon_{ox}}{t_{ox}} Cox=toxϵox - 其中
ϵ
o
x
\epsilon_{ox}
ϵox是 SiO₂ 的介电常数，通常取值：
ϵ o x = 3.9 × ϵ 0 = 3.9 × 8.854 × 1 0 − 12 F / m ≈ 3.45 × 1 0 − 11 F / m \epsilon_{ox}=3.9\times\epsilon_0=3.9\times8.854\times10^{-12}\mathrm{F/m}\approx3.45\times10^{-11}\mathrm{F/m} ϵox=3.9×ϵ0=3.9×8.854×10−12F/m≈3.45×10−11F/m - tox是氧化层厚度，取决于 CMOS 工艺节点。例如：
∙ t o x ≈ 2 n m = 2 × 1 0 − 9 m ( 65 n m 工艺 ) \bullet\quad t_{ox}\approx2\mathrm{nm}=2\times10^{-9}\mathrm{m}(65\mathrm{nm}\text{工艺}) ∙tox≈2nm=2×10−9m(65nm工艺)
∙ t o x ≈ 1.5 n m = 1.5 × 1 0 − 9 m ( 45 n m 工艺 ) \bullet\quad t_{ox}\approx1.5\mathrm{nm}=1.5\times10^{-9}\mathrm{m}(45\mathrm{nm}\text{工艺}) ∙tox≈1.5nm=1.5×10−9m(45nm工艺)
∙ t o x ≈ 1.2 n m = 1.2 × 1 0 − 9 m ( 32 n m 工艺 ) \bullet\quad t_{ox}\approx1.2\mathrm{nm}=1.2\times10^{-9}\mathrm{m}(32\mathrm{nm}\text{工艺}) ∙tox≈1.2nm=1.2×10−9m(32nm工艺) - 最终可得
C o x = 3.45 × 1 0 − 11 2.5 × 1 0 − 9 = 1.38 × 1 0 − 2 F / m 2 C_{ox}=\frac{3.45\times10^{-11}}{2.5\times10^{-9}}=1.38\times10^{-2}\mathrm{F/m}^{2} Cox=2.5×10−93.45×10−11=1.38×10−2F/m2
方法二：ADE打印
- 首先搭建好晶体管的仿真电路图
- 然后进行dc直流仿真
- 运行仿真后点击Tools->Results Browser
- 在左侧栏的model文件夹下找到对应的晶体管，然后就可以找到对应的模型参数了
