前言

本博文为个人在学习Cadence Virtuoso时的记录，巩固自己学习的同时，也给其他初学者一些参考，学习过程中使用到的软件为Cadence IC617运行在CentOS7系统下，参考的书籍为Razavi的《模拟CMOS集成电路设计》。

为了后续各种电路的分析与计算，我们需要知道自己使用的工艺库基础MOS器件的相关参数，如$V_{TH}$、$\mu C_{ox}$、$\lambda$等，本篇记录了如何通过在IC617中仿真并计算获取这些参数，工艺库使用的是TSMC 65nm工艺库。

一、NMOS参数仿真

（1）绘制原理图

在我的第一篇学习记录中有提到详细的原理图绘制，继续沿用上一次的工程。原理图如下，使用的NMOS，W=200nm，L=60nm：

（2）开始仿真

将vgs作为parameter扫描，范围设置为0.7-1.2V，扫描5个点，vds作为自变量，扫描范围为0-2.5V，因变量为漏端电流。

在菜单栏Marker -> Create Marker中可以设置游标。

在图中添加两组垂直的游标，交点会自动显示数据，这里为了更精确，我选择了靠近饱和区中间的两组（1.3V、1.8V）。

（3）开始计算

根据仿真测得数据，选取两组，如下表。

-	Vds=1.3V	Vds=1.8V
Vgs=1.2V	123.139$\mu$A	133.626$\mu$A
Vgs=0.95V	72.081$\mu$A	80.440$\mu$A

NMOS特性方程（考虑沟道调制效应）如下：
$$I_D=\frac{1}{2}{\mu }_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(V_{GS}-V_{TH}\right)}^2\left(1+\lambda V_{DS}\right)$$
先将第一行数据代入，如下：
$$123.139\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1.2-V_{TH}\right)}^2\left(1+1.3\lambda \right)$$
$$133.626\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1.2-V_{TH}\right)}^2\left(1+1.8\lambda \right)$$
上下两式相比，得 $\lambda =0.21$.

再将第一列数据代入，如下：
$$123.139\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1.2-V_{TH}\right)}^2\left(1+1.3\lambda \right)$$
$$72.081\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_n{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(0.95-V_{TH}\right)}^2\left(1+1.3\lambda \right)$$
上下两式相比，得 $V_{TH}=0.136V$.

最后将计算得出的 $\lambda 、V_{TH}$ 代入任意一个式子，解出
$$K_n={\mu }_n{C}_{ox}=51.27\mu A/V^2$$

二、PMOS参数仿真

（1）绘制原理图

和NMOS差不多，源端接最高电压3V，原理图如下：

（2）开始仿真

由于PMOS和NMOS相反，所以vg要从大往小仿真，vg仿真范围我设置的是1.8V-2.2V，vd设置的是1V-3V，输出信号是D端电压和电流。

marker尽量选择靠近饱和区中间的，我选的1.5V、2.0V.

（3）开始计算

根据仿真测得数据，选取两组，注意这里：在原理图中我设置的是Vg和Vd，在这要换算成Vsg和Vsd方便计算，如下表。

-	Vsd=1.5V	Vsd=1V
Vsg=1.2V	-77.966$\mu$A	-67.051$\mu$A
Vsg=1V	-51.315$\mu$A	-43.066$\mu$A

PMOS特性方程（考虑沟道调制效应）如下：
$$I_D=-\frac{1}{2}{\mu }_p{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(|V_{GS}|-|V_{TH}|\right)}^2\left(1+\lambda |V_{DS}|\right)$$
先将第一行数据代入，如下：
$$77.966\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_p{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1.2-|V_{TH}|\right)}^2\left(1+1.5\lambda \right)$$
$$67.051\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_p{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1.2-|V_{TH}|\right)}^2\left(1+\lambda \right)$$
上下两式相比，得 $\lambda =0.48$.

再将第一列数据代入，如下：
$$77.966\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_p{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1.2-|V_{TH}|\right)}^2\left(1+1.5\lambda \right)$$
$$51.315\mu A=\frac{1}{2}{\mu }_p{C}_{ox}\frac{W}{L}{\left(1-|V_{TH}|\right)}^2\left(1+1.5\lambda \right)$$
上下两式相比，得 $V_{TH}=0.140V$.

最后将计算得出的 $\lambda 、V_{TH}$ 代入任意一个式子，解出
$$K_p={\mu }_p{C}_{ox}=24.20\mu A/V^2$$

小结

至此，工艺库MOS的参数仿真就结束了，很多设计规则下，会给定W、L不变，这样就能保证所有设计下的MOS的特征参数一样了。
下表是最终计算的综合结果，若上面的计算方法有错误，恳请各位大佬指出！

-	$V_{TH}$	$\lambda$	$K$
NMOS	0.136V	0.21	51.27$\mu A/V^2$
PMOS	0.140V	0.48	24.20$\mu A/V^2$

补：实际上这些参数可以在软件中看到，与实际计算有蛮大的差距，我暂时也不知道是为什么，希望有大佬能帮忙解答。。。

可以看到很多信息，例如vth=0.504V，region=2
region是管子工作区间，0代表截止区，1代表线性区，2代表饱和区，3代表亚阈值区。