아날로그 회로 설계 질문입니다.

글쓴이
capstone
등록일
2017-05-29 01:29
조회
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3건
안녕하세요. 전자공학과 4학년 학부생입니다.

이번에 아날로그 설계과목을 듣는데, 설계 과제 도중 도저히 문제가 무엇인지 모르겠어서 질문 올립니다.

이번에 저전력 회로설계를 하게 되었는데요, 시뮬레이션을 돌리기 위해 HSPICE를 사용하는데, 다음과 같이 코드를 작성했습니다.(*모델도 첨부했습니다.)

 LOWPOWER

** SPICE MODEL **


--------------------------------------------------------------


.MODEL CMOSN NMOS( LEVEL=49
+VERSION=3.1 TNOM=27 TOX=1.39E-8
+XJ=1.5E-7 NCH=1.7E17 VH0=0.719346
+K1=0.9504347 K2=-0.1223091 K3=32.8194652
+K3B=-18.2798187 W0=6.962875E-7 NLX=1E-9
+DVT0W=0 DVT1W=0 DVT2W=0
+DVT0=2.8679381 DVT1=0.364583
+DVT2=-0.1457773
+U0=457.9817288 UA=1.760644E-11
+UB=6.60249E-19
+UC=-2.21616E-11 VSAT=2E5 A0=0.2569008
+AGS=0 B0=2.419162E-6 B1=2.998423E-6
+KETA=-0.0151838 A1=2.11776E-5 A2=0.3164018
+RDSW=1.7986E3 PRWG=7.186697E-3
+PRWB=0.0286192
+WR=1 WINT=2.280272E-7 LINT=4.223411E-8
+XL=0 XW=0 DWG=-1.412924E-8
+DWB=2.266359E-8 VOFF=-0.0138159
+NFACTOR=0.9403671
+CIT=0 CDSC=2.4E-4 CDSCD=0
+CDSCB=0 ETA0=0.038987
+ETAB=-4.142228E-3
+DSUB=0.2739841 PCLM=1.5957826
+PDIBLC1=-0.7948288
+PDIBLC2=2.031474E-3 PDIBLCB=-0.0280342
+DROUT=0.5770863
+PSCBE1=5.515654E8 PSCBE2=3.428003E-5
+PVAG=4.075335E-3
+DELTA=0.01 RSH=85.5 MOBMOD=1
+PRT=174.3465431 UTE=-1
+KT1=-0.3236204
+KT1L=-0.709202E-10 KT2=0
+UA1=1.768937E-9
+UB1=-4.48827E-18 UC1=-5.6E-11
+AT=8.009938E4
+WL=0 WLN=1 WW=0
+WWN=1 WWL=-6.554E-20 LL=0
+LLN=1 LW=0 LWN=1
+LWL=-9.461E-20 CAPMOD=2 XPART=0.4
+CGDO=2.04E-10 CGSO=2.04E-10 CGBO=1E-9
+CJ=4.225482E-4 PB=0.9767537 MJ=0.438383
+CJSW=3.727516E-10 PBSW=0.1
+MJSW=0.1242771
+CF=0 PVTH0=0.1503709 PRDSW=294.4686286
+PK2=0.0257664 WKETA=4.349461E-3
+LKETA=-3.275389E-3
+PVSAT=4.053601E4 )


.MODEL CMOSP PMOS( LEVEL=49
+VERSION=3.1 TNOM=27 TOX=1.39E-8
+XJ=1.5E-7 NCH=1.7E17 VH0=-0.9725622
+K1=0.0.5594978 K2=4.242915E-3 K3=0
+K3B=-2.1787058 W0=5.024966E-7 NLX=1E-9
+DVT0W=0 DVT1W=0 DVT2W=0
+DVT0=2.1983824 DVT1=0.4590354 DVT2=-0.0877166
+U0=230.1006352 UA=3.082914E-9
+UB=1E-21
+UC=-8.49253E-11 VSAT=1.799169E5 A0=0.9968666
+AGS=0.1886708 B0=1.56806E-6 B1=5E-6
+KETA=-4.636636E-3 A1=1.051164E-4 A2=0.4948895
+RDSW=1.934022E3 PRWG=0.0387677
+PRWB=-0.0761681
+WR=1 WINT=2.519308E-7 LINT=3.903552E-8
+XL=0 XW=0 DWG=-2.506572E-8
+DWB=9.639272E-9 VOFF=-0.0865101
+NFACTOR=0.6651504
+CIT=0 CDSC=2.4E-4 CDSCD=0
+CDSCB=0 ETA0=8.3524E-3
+ETAB=-1.59539E-3
+DSUB=0.1864431 PCLM=2.4907335
+PDIBLC1=0.4762146
+PDIBLC2=2.561625E-3 PDIBLCB=-0.1
+DROUT=0.7045912
+PSCBE1=1.484087E10 PSCBE2=1.453333E-9
+PVAG=2.5889735
+DELTA=0.01 RSH=102.5 MOBMOD=1
+PRT=22.2970225 UTE=-1
+KT1=-0.4690262
+KT1L=1.73235E-9 KT2=0
+UA1=1.953646E-9
+UB1=-7.64921E-18 UC1=-5.6E-11
+AT=-1E5
+WL=0 WLN=1 WW=0
+WWN=1 WWL=-1.205E-20 LL=0
+LLN=1 LW=0 LWN=1
+LWL=6.268E-21 CAPMOD=2 XPART=0.4
+CGDO=2.04E-10 CGSO=2.04E-10 CGBO=1E-9
+CJ=7.281027E-4 PB=0.9583121 MJ=0.4969115
+CJSW=2.724206E-10 PBSW=0.99
+MJSW=0.3063901
+CF=0 PVTH0=-0.0449356 PRDSW=0
+PK2=-1.037068E-3 WKETA=-9.521313E-3
+LKETA=7.063491E-4
)



--------------------------------------------------------------
** Netlist **
VDD 9 7 3V

Is1 8 7 100uA

M1 4 1 3 3 CMOSP W=37.5U L=1.5U
M2 5 2 3 3 CMOSP W=37.5U L=1.5U
M3 4 4 7 7 CMOSN W=15U L=1.5U
M4 5 4 7 7 CMOSN W=15U L=1.5U
M5 3 8 9 9 CMOSP W=75U L=1.5U
M6 6 5 7 7 CMOSN W=30U L=1.5U
M7 6 8 9 9 CMOSP W=75U L=1.5U
M8 8 8 9 9 CMOSP W=75U L=1.5U

C1 5 6 1p

V1 1 0 SIN(0.8V -1M 0.8k)
V2 2 0 SIN(0.8V 1M 0.8k)


** Simulation **
.temp 25
.tran 0.1m 10m
.op
.probe I(M1) I(M2) I(M3) I(M4) I(M5) I(M6) I(M7) I(M8)
.end

각 fet의 크기는 netlist에 적혀있고,  회로는 직접 사진찍어 첨부합니다.

Q1) 이대로 시뮬레이션을 돌리면, M5와 M7의 드레인 전류가 요동칩니다. (사진 첨부했습니다.)
Q2) 이 드레인 전류가 불안정해서인지, 증폭 역시 잘 안되는데, 이게 드레인 전류 불안정 ,즉 모든
FET들이 saturation mode 에서 작동하지 않아서 output node에서 출력 swing이 이상한 것인지... 궁금합니다.
Q3) 그렇다면 이 문제들을 어떻게 해결해야할까요??
Q4) 소자 모델은 저것을 쓰는 것이 적합한 것인가요? ( neural opamp 설계 논문을 참조해서 쓴 모델인데, 더 적합한 모델 있다면 말씀해주시면 파라미터들은 찾아보겠습니다...)

  • pheonix ()

    아무래도 낮아지는걸 보면 인풋 offset이 같이 낮아지는게 원인일듯 싶네요. 파라미터 설정이 맞나 확인해야하는데 아무래도 Hspice를 많이 다뤄본 선배나 조교한테 물어보는게 제일 빠를듯 싶습니다.

  • 댓글의 댓글 capstone ()

    Hspice 툴 다루는 것 자체가 서툴렀던게 문제였네요. 교수님께 물어봐서 상당한 진척을 했습니다.
    답변 고맙습니다^^

  • 24FF ()

    발진하는 것 같은데, CC cap 과 M4 드레인 사이에 저항 하나 넣어보세요

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