Simulating a simple NMOS test transistor

LM ⇒ File ⇒ New ⇒ Cell View…

License check:

A higher checked out license allows you to run lower tier applications. For example, you can run L and XL in the same session with only an XL license checked out.

Schematic L ⇒ Create ⇒ Instance

Add Instance window ⇒ Browse

analogLib ⇒ Actives ⇒ nmos4

ESC per concludere l'istanziazione

Ctrl + d per deselezionare un instance

analogLib ⇒ Sources ⇒ Independent ⇒ vdc

analogLib ⇒ Sources ⇒ Independent ⇒ gnd

Notare come nel Navigator pane e' comparso uno storico di cio' che e' stato istanziato

Schematic L ⇒ Create ⇒ Wire (narrow)

Schematic L ⇒ File ⇒ Check and Save

Schematic L ⇒ Create ⇒ Note ⇒ Text…/Shape…

Schematic L ⇒ Create ⇒ Wire Name…

Check and Save e controllare no errors

Notare come se labello anche il source che in realta' e' il gnd il check and save mi da' errore!

Errors exist, ok to continue to save? ⇒ No

Il concetto da non dimenticare e' che come ogni altra GUI, ADE e' solo un'interfaccia per generare il codice Spectre in modo piu' user-friendly che poi il simulatore mangia

Schematic L ⇒ Launch ⇒ ADE L

ADE L ⇒ Variables ⇒ Copy From Cellview

Set Vds = 2.5 and Vgs = 1.2, NO UNITS !!!!

cd ~/cadence/tutorials/models
mkdir spice
cd spice
gedit 250nm_LEVEL3_SPICE_models.scs &

oppure usare l'editor preferito:

simulator lang=spice

// examples of 0.25 um SPICE models

.MODEL nfet NMOS (                                  LEVEL  = 3
+ TOX    = 5.7E-9          NSUB   = 1E17            GAMMA  = 0.4317311
+ PHI    = 0.7             VTO    = 0.4238252       DELTA  = 0
+ UO     = 425.6466519     ETA    = 0               THETA  = 0.1754054
+ KP     = 2.501048E-4     VMAX   = 8.287851E4      KAPPA  = 0.1686779
+ RSH    = 4.062439E-3     NFS    = 1E12            TPG    = 1
+ XJ     = 3E-7            LD     = 3.162278E-11    WD     = 1.232881E-8
+ CGDO   = 6.2E-10         CGSO   = 6.2E-10         CGBO   = 1E-10
+ CJ     = 1.81211E-3      PB     = 0.5             MJ     = 0.3282553
+ CJSW   = 5.341337E-10    MJSW   = 0.5             )


.MODEL pfet PMOS (                                  LEVEL  = 3
+ TOX    = 5.7E-9          NSUB   = 1E17            GAMMA  = 0.6348369
+ PHI    = 0.7             VTO    = -0.5536085      DELTA  = 0
+ UO     = 250             ETA    = 0               THETA  = 0.1573195
+ KP     = 5.194153E-5     VMAX   = 2.295325E5      KAPPA  = 0.7448494
+ RSH    = 30.0776952      NFS    = 1E12            TPG    = -1
+ XJ     = 2E-7            LD     = 9.968346E-13    WD     = 5.475113E-9
+ CGDO   = 6.66E-10        CGSO   = 6.66E-10        CGBO   = 1E-10
+ CJ     = 1.893569E-3     PB     = 0.9906013       MJ     = 0.4664287
+ CJSW   = 3.625544E-10    MJSW   = 0.5             )

ADE L ⇒ Setup ⇒ Model Libraries

Further reading about how to use SPICE models in Spectre can be found here

Ulteriori SPICE models can be found here through the Mosis service oppure sono dati dalla cadence stessa:

_{/usr/cadence/tools/dfII/samples/artist/models/spectre}

Conviene farsi un link simbolico:

cd ~/cadence/tutorials/models
ln -s /usr/cadence/tools/dfII/samples/artist/models/spectre CDS.models

Data l'importanza tanto vale metterlo subito!

Select V0, edit instance properties with Schematic L ⇒ Edit ⇒ Properties or press q

set the value DC voltage to Vds

ADE L ⇒ Variables ⇒ Copy from Cellview

Repeat the same procedure for the V1 voltage source, setting Vgs

ADE L ⇒ Variables ⇒ Edit

Creare output variables and expressions:

ADE L ⇒ Outputs ⇒ Setup

Prima cosa controllare che la netlist sia generata correttamente!

ADE L ⇒ Simulation ⇒ Netlist ⇒ Create

ADE L ⇒ Simulation ⇒ Netlist ⇒ View…

netlist che e' un file input.scs messo in

_{~/simulation/<cell_name>/spectre/schematic/netlist/input.scs}

Look at the code! Non mangia!

// these are C-style comments
simulator lang=spectre
global 0
parameters Vds=2.5 Vgs=1.2
include "/path/to/model/files.scs"

...
...

ADE L ⇒ Analyses ⇒ Choose

dc analysis

Sweep Variable ⇒ Design Variable ⇒ Variable Name Vds, Start 0 Stop 1.2

Oppure sceglire Component Parameter

IMPORTANTE! MOlte informazioni le posso ottenere anche dando

spectre -help <analysis>

spectre -help dc

ADE L ⇒ Outputs ⇒ To be Plotted ⇒ Select on Schematic

nodi = correnti, wire = voltages

ADE L ⇒ Simulation ⇒ Run

viene generato poi il file spectre.out che si trova in

_{~/simulation/<cell_name>/spectre/schematic/psf}

E' accessibile anche come ADE L ⇒ Simulation ⇒ Outout Log…

La locazione del file spectre.out e' scritta sulla barra, cmq si trova in

_{~/simulation/<cell_name>/spectre/schematic/psf/spectre.out}

psf e' di OCEAN, Parameter Storage Format (PSF)

La caratteristica e' plottata in Virtuoso Visualization and Analysis (ViVa)

Mettere poi in SCALA logaritmica per vedere la subthreshold conduction!

Per accedere ai numerical data della waveform questi possono essere tabulati con

right click on the waveform, then select Table ⇒ New Window

Per export direttamente i dati in formato comma separated values (CSV) ci sono varie possibilita':

dalla table dei dati File ⇒ Save As CSV

oppure right click on the waveform and select Export… poi specificare il nome del file

The most powerful tools of ADE L !

ADE L ⇒ Tools ⇒ Parametric Analysis

Vgs from 800 mV to 2.5 V, 10 total steps

poi Parametric Analysis ⇒ Analysis ⇒ Start Selected

da qui si puo' poi plottare anche g_m = d Id/dVgs con deriv( ) del Calculator

Plot della gm:

click on the waveform ⇒ right click ⇒ Calculator

ADE L ⇒ Session ⇒ Save State…

_{~/.artist_states/<cellName>}

oppure in

_{~/cadence/tutorials/data}

Specificare un nome significativo, del tipo

_{cellName_dd_mm_yyyy}

Schamatic L ⇒ Launch ⇒ ADE L

ADE L ⇒ Session ⇒ Load State…

Save DC Operating Point

Dare un bell Check and Save

ADE L ⇒ Analyses ⇒ Choose

ADE L ⇒ Results ⇒ Print ⇒ DC operating points

Quali DOP vengono elencati dipende poi dal modello! I DC op. poiints piu' importanti sono:

ADE L ⇒ Results ⇒ Annotate ⇒ DC Operating Points

Altra cosa fondamentale nella vita, creare variabili in output! e.g. gain, Cout etc…

Calculator ⇒ Tools ⇒ Plot

poi Move ⇒ New Window

poi click Open e nel Calculator click is che permette di selezionare

una forma d'onda di una corrente risultato di una DC/IC sweep (vs per selezionare una tensione invece)

poi cliccare deriv( )

generates the following expression

deriv(IS("/M0/D"))

/D per riferirsi al drain

Per richiamare una input variable in un'espressione in output usare la sintassi

VAR("variableName")

e.g. VAR(“Qin”)

Nota IMPORTANTISSIMA! Tutta questa sintassi e OCEAN syntax ! Il linguaggio di scripting della Cadence !

vedere anche here

Modo piu' semplice: fare una paramtric analysis e dal Calculator costruire le variabili di interesse click on op

Prima costruisco una variabile gm:

ADE L ⇒ Outputs ⇒ Setup

OP("/M0","gm")

Lo stesso risultato si ottiene con click Open poi nel Calculator click op, select the M0 instance on the schematic and then select gm in the parameters list

ADE L ⇒ Tools ⇒ Parametric Analysis …

Se faccio una singola simulazione vine solo evaluated un singolo DC-OP

gm, vth, etc…

Esce un worning sul numero di punti Too many Points? mettere OK

Notare come un LEVEL 3 fa schifo! Sii vede chiaramente una spike nel plot del

Modo alternativo (non funziona coi modelli che ho usato!) scrivere il file Spectre e includerlo saveOP.scs file

save M0:oppoints     // saves ALL transistor parameters 

save M0:vth          // gm, betaeff, etc.

ADE L ⇒ Setup ⇒ Model Libraries… and include the saveOP.scs file

Other web tutorials can be found here and here

Plottare g_m e intrinsic gain g_m / g_ds

Costruire anche la current density g_m / I_d con una variabile

_gmoverid

OP("/M0","gm")/OP("/M0","ids")

oppure usare direttamente il DOP gmoverid se la tecnologia lo fornisce!

OP("/M0","gmoverid")

Interessante perche' introduce il problema del plottare una quantita' rispetto ad una data variabile!

e in cadence IC 6.1.5 devo usare l'opzione Y vs Y di ViVa, quindi devo

- plottare Id vs Vd sweeppando Vd

- costruire la variabile vds = vd - vs dai DC op.

OP("M0","vds")

oppure come

VDC("/M0/D") - VDC("/M0/S")

e plottare vds vs vd

- usare Y vs Y e plottare finalmente Id vs Vds

Oppure si possono studiare i valori della capacitances

• cgg
• cdd
• css

OP("/M0","cgg")

In order to simulate the transition frequency of the NMOS transistor modify the schematic as follows. Put a high resistance ~10M ohm at the gate, adding an idc current source in parallel. Edit the current source properties with a DC value of 100n A (which determines the DC bias voltage) and set the AC Magnitude to 1.

Cosi' si introduce anche la AC analysis

f_T = 1/2pi g_m / C_GS

Si possono gia' fare i plot della magnitude e della phase e in Bode diagram con il calculator !

Per esercizio far calcolare il phase margin (PM)

in the waveform viewer u could use the calculator or set the cursor to the point where the gain becomes )db the corresponding phase subtracted from 180 gives u the PM Look stability analysis in Spectre help.

ADE L ⇒ Results ⇒ Direct Plot ⇒ AC magnitude and Phase

oppure selezionare il drain net

20*log10(IC("/M0/D"))

db20(IC("/M0/D")

bandwidth( ...)

phase()

or

phaseDeg()

Plot fondamentale per estrarre Cox

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Last update: Luca Pacher - 25 Sep 2012