测一个cascode的输出阻抗,直接在源端加直流电压源ac=1,然后让直接ac仿真,最后用电压除以电流,得出输出阻抗。一切需要求rout的电路也可以通过加vcvs实现,得到它的输出阻抗。
前几天看到自己之前计算的design error budget,其中有关于rout的具体要求和mismatch的最大值。一想到马上要面临的design review,顿时打了个激灵,吓得跑去乖乖跑了一下仿真。
(一)rout
一个简单的cascode(或者一切需要求rout的电路),如何得到它的输出阻抗呢?
先扔出一个cadence的schematic:
(抱歉!为了能够plot电流,我放了不少dc=0的vdc,比如v4,v5,v7.。。.。不知道为何直接plot那些transistor的电流,都不可以……如果大家有好的方法,请务必指教!)
vdd=1.2v。最上面两排的pmos被两个固定的电压源bias。
因为我的cascode是拿来bias bjt的,所以前两路下面都是bjt(为什么要放两个一样的branch?那个……因为我还有mismatch要跑)。最右边的一路,有些特别。
最右边的最下面是一个vcvs(还是analoglib那个libaray里面的)。之所以没有直接加bjt,是担心bjt的等效电阻破坏了这个求cascode rout的支路。所以,我就只用了vcvs作为固定的dc偏置电压。(其实再想想,直接用bjt也是可以的,关键在于上面的一个理想电感,数值越大越理想)。当时没想太多,所以就自作主张用了vcvs……
求解小信号都需要跑ac simulation,v=i*r,r=v/i
为了简便,我就在最右边加上了idc。这个idc的dc 是0,但是ac是1。因此,我需要得到的rout就直接是被highlight的那条线的ac电压了。
嗯,那就来跑个ac看看吧!
呼呼!长得蛮像opamp的ac曲线呢!
dc的时候,居然有32.8341gv,也就是说,rout是32.8341gohm。哇!真的很大呢!
对比一下手算的结果:p2的gds是2.386n,p3的gm是2.972u,gds是45.06n,所以粗略的计算,dc的rout应该是gm3/(gds2*gds3),也就是27.64gohm。
嗯,总的来说,差别不是很大,毕竟实际的公式没有这么粗略啦!
然后,因为我的电路工作时,会有一个100khz的sampling clock,我就特地标注了一下100khz时候的数值,是1.8836gohm。
之后,习惯折腾的本人,改变了一下p3的w和l。刚刚是1u/500n,我把它改成了2u/1u,然后重新跑了一遍,得到了新的结果:
p2的gds变化不大,p3的gm是2.918u,gds是12.32n。
对比一下上面的结果,变化最显著的是gds3,明显小了很多。因此,dc的rout也变大成了96.4683gohm。
嗯,意料之中啊!短沟道效应。
等等!100khz时,怎么变小了?从1.8836gohm变成了1.18324gohm……这也太……
寄生的cap增大了,所以下降的频率被提前了。看来,若是结构不变,想要大的dc gain,还是要付出一些额外的代价啊!
为了验证自己的想法,作者君继续调了p3到4u/2u,得到了下面的波形:
不出所料,dc的rout也变大成了152.915gohm。100khz对应的rout也变小成了573.243mohm。
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