模擬電路中的device合集

模擬電路中常用的器件其實不多，MOSFET、電阻、電容、電感、、BJT、diode。

現在分別說一說，這些器件在模擬電路中都需要了解哪些性能參數，仿真都需要著重仿啥。

我入職公司之前，老大讓一個老員工做過UMC和TSMC的器件性能對比，這樣對比，可以對工藝的選擇做一個初步的判斷。

MOSFET

MOS管是模擬IC中用的最多的device，它是一種有源器件。MOSFET主要有NMOS和PMOS，分為增強型和耗盡型，我們用的最多的是增強型MOSFET，但是同一種工藝，增強型和耗盡型管子可以同時存在。比如我現在用的SMIC40nm工藝，NMOS中，普通管子是增強型，閾值電壓是正數，native管子就是耗盡型，即閾值電壓是負數。

對于某種工藝，MOSFET有很多種分類。

按照閾值電壓大小，可分為LVT（Low Vth）、HVT（High Vth）、ELVT（Extreme Low）、ULVT（Ultra Low）、SVT（Standard Vth）等等等等。

按照電壓域，可分為低壓MOS和高壓MOS。一般低壓MOS都是薄柵，高壓管子都是厚柵，柵越厚越耐壓。一般，低壓管子用作core device ，高壓管子用作IO device。

之前用TSMC的工藝，還有個低噪聲MOSFET。不同的工藝，MOSFET細分的種類也不一樣。這些具體的要去看model文件的介紹了。

MOSFET需要了解和仿真哪些參數性能？

（1）閾值電壓Vth

一般spice model文件上給出的Vth是有條件限制的，不是說隨便的W和L都是相同的Vth，因為MOS的Vth本身也是W和L以及溫度等的函數。

（2）噪聲noise

MOS的閃爍噪聲和熱噪聲也是很重要的參數。仿真對比不同MOS在相同尺寸和相同偏置下的噪聲大小，對低噪聲設計是很有必要的。

（3）本證增益gmro

MOS的gmro的仿真也很重要。在運算放大器的設計中，我們本著面積小、低功耗、低噪聲等，盡量做到較高的增益。這時候，如果一種MOS的本征增益很大，那這種MOS是首選，當然還有根據放大器其他的性能要求，去做一個trade off。

（4）截止頻率ft

截止頻率定義為電流增益為1的時候的頻率，ft是MOSFET在高頻設計中是必須仿真的參數，截止頻率和MOS的溝長L成反比，L越小的MOSFET，截止頻率越高，MOS的截止頻率可到幾個G。

（5）泄漏電流（leakage）

在低功耗設計中，仿真MOS的leakage current是必須的。隨著工藝的先進，MOSFET的泄漏電流占比越來越大，在低功耗幾百甚至幾十nA的電流中，leakage電流不可忽略。而且leakage在數字邏輯電路中也很重要，數字邏輯電路一般都有很多門電路，比如某一工藝庫中的D觸發器的leakage為10nA，那么100個D觸發器的leakage就達到了1uA，這在低功耗設計中是完全接受不了的。

MOS還有很多其他參數，根據電路需求去仿真。比如在對mismatch要求較高的電路中，用蒙卡去仿真Vth的失配是有必要的。

電阻

電阻的分類一般有四大類，poly電阻、擴散電阻、金屬電阻、阱電阻。

poly電阻又分為 silicide poly和 non silicide poly。non silicide poly電阻要比silicide poly方塊電阻大。比如non silicide P+ poly電阻（rpposab），SMIC180nm工藝典型方塊電阻316Ω/方塊，SMIC40nm工藝典型方塊電阻624Ω/方塊。帶有金屬硅化物silicide P+ poly電阻（rppo），SMIC180nm工藝典型方塊電阻7Ω/方塊。

rpposab電阻使用的最廣泛，放塊電阻較大且溫度系數很低。

要仿真的參數：

（1）方塊電阻

方塊電阻是resistance最重要的參數，知道每種電阻方塊電阻大小，才知道用哪種電阻去設計電路是合理的，這樣才能節省面積。

（2）溫度系數

電阻的溫度系數可以通過model文件去查，但是實際仿真溫度系數是更保險的。在帶隙基準源設計中，電阻的溫度系數是很重要的參數，是用負溫度系數還是正溫度系數，需要根據電路實際去選擇。

（3）sigma

電阻的變化率也很重要，對應于特定尺寸的電阻，它最大值是多少，最小值是多少，變化的delta是多大，一個sigma是多大，這些需要用蒙卡去仿真。電阻的變化率相對電容還是比較大的，在PVT影響下能達到20%很常見。