用LTspice建立CMOS集成电路模型的方法笔记

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 12:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 叶春勇 于 2021-2-4 14:43 编辑

前几天看到king5555说了学习集成电路的原因,就是要提高自己的元件建模水平,说的挺有道理。
随着自己在21ic跟着很多模电大神学习,水平提高后建立自己的集成电路模型,也是必然的需求。
例如建立更精确的7805模型,用iso11452-2电压法,或iso11452-4电流法的波形去测试自己产品的稳定性以及改善方法。
首先生产cmos集成电路需要选择工艺的。工艺一旦选择很多参数就定死了。
根据自己在国外高校的搜集,以台积电的180nm和250nm工艺的库。进行cmos电路仿真。
本文主要面对非集成电路的人员,仿真软件,采用自己熟悉的可以免费使用的LT-spice。
1、把台积电250nm工艺库文件拷贝到自己仿真文件的目录
例如你的仿真文件在d:\spice_prj目录,你就把TSMC_250nm.txt拷贝进这个目录。
2、使用“.include TSMC_250nm.txt”命令
43654601b73c33c082.png
3、画原理图的时候使用lt-spice的nmos4和pmos4模型,有衬底的cmos元件。
4、右键点击nmos4或pmos4元件进入参数对话框
73705601b7411a73e6.png
修改:
model name   为CMOSN或CMOSP
就能调用台积电250nm工艺的cmos器件。

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 12:16 | 显示全部楼层
TSMC_250nm模型:
* DATE: Dec  6/99
* LOT: n99y                  WAF: 10
* Temperature_parameters=Default
.MODEL CMOSN NMOS (                                LEVEL   = 49
+VERSION = 3.1            TNOM    = 27             TOX     = 5.7E-9
+XJ      = 1E-7           NCH     = 2.3549E17      VTH0    = 0.4365497
+K1      = 0.3915623      K2      = 0.0175145      K3      = 1E-3
+K3B     = 2.6588343      W0      = 1E-7           NLX     = 1.111465E-7
+DVT0W   = 0              DVT1W   = 0              DVT2W   = 0
+DVT0    = -0.0408321     DVT1    = 0.0746768      DVT2    = 0.307109
+U0      = 407.1177485    UA      = 9.442714E-11   UB      = 1.092986E-18
+UC      = 1.63196E-11    VSAT    = 1.365087E5     A0      = 1.3189329
+AGS     = 0.2711719      B0      = 3.291713E-8    B1      = -1E-7
+KETA    = 4.645753E-3    A1      = 0              A2      = 1
+RDSW    = 439.9558234    PRWG    = 0.0345487      PRWB    = -0.0441065
+WR      = 1              WINT    = 1.645705E-9    LINT    = 1.116516E-9
+XL      = 3E-8           XW      = 0              DWG     = -1.494138E-9
+DWB     = 1.459097E-8    VOFF    = -0.1026054     NFACTOR = 0.1344887
+CIT     = 0              CDSC    = 1.527511E-3    CDSCD   = 0
+CDSCB   = 0              ETA0    = 1.930311E-3    ETAB    = 2.946158E-4
+DSUB    = 0.0214865      PCLM    = 1.3387947      PDIBLC1 = 0.480652
+PDIBLC2 = 9.034986E-3    PDIBLCB = -1E-3          DROUT   = 0.5593223
+PSCBE1  = 9.843289E9     PSCBE2  = 2.10878E-9     PVAG    = 1.0033136
+DELTA   = 0.01           MOBMOD  = 1              PRT     = 0
+UTE     = -1.5           KT1     = -0.11          KT1L    = 0
+KT2     = 0.022          UA1     = 4.31E-9        UB1     = -7.61E-18
+UC1     = -5.6E-11       AT      = 3.3E4          WL      = 0
+WLN     = 1              WW      = -1.22182E-16   WWN     = 1.2127
+WWL     = 0              LL      = 0              LLN     = 1
+LW      = 0              LWN     = 1              LWL     = 0
+CAPMOD  = 2              XPART   = 0.4            CGDO    = 3.11E-10
+CGSO    = 3.11E-10       CGBO    = 1E-11          CJ      = 1.758521E-3
+PB      = 0.99           MJ      = 0.457547       CJSW    = 4.085057E-10
+PBSW    = 0.8507757      MJSW    = 0.3374073      PVTH0   = 7.147521E-5
+PRDSW   = -67.2161633    PK2     = -1.344599E-3   WKETA   = 3.035972E-3
+LKETA   = -9.0406E-3     LAGS    = -0.3012         )
*
.MODEL CMOSP PMOS (                                LEVEL   = 49
+VERSION = 3.1            TNOM    = 27             TOX     = 5.7E-9
+XJ      = 1E-7           NCH     = 4.1589E17      VTH0    = -0.6586391
+K1      = 0.5199897      K2      = 0.0357513      K3      = 0
+K3B     = 15.5613889     W0      = 1E-6           NLX     = 1E-9
+DVT0W   = 0              DVT1W   = 0              DVT2W   = 0
+DVT0    = 2.6100181      DVT1    = 0.4363142      DVT2    = -0.042436
+U0      = 196.024903     UA      = 2.767112E-9    UB      = 1.90709E-18
+UC      = 6.166867E-11   VSAT    = 1.975064E5     A0      = 0.2398712
+AGS     = 0.0943234      B0      = 3.21184E-6     B1      = 5E-6
+KETA    = 0.0312217      A1      = 0              A2      = 1
+RDSW    = 997.072701     PRWG    = -0.1916111     PRWB    = -0.495
+WR      = 1              WINT    = 2.527293E-9    LINT    = 1.254514E-8
+XL      = 3E-8           XW      = 0              DWG     = -3.253948E-8
+DWB     = 4.92072E-8     VOFF    = -0.15          NFACTOR = 1.5460516
+CIT     = 0              CDSC    = 1.413317E-4    CDSCD   = 0
+CDSCB   = 0              ETA0    = 0.7241245      ETAB    = -0.240523
+DSUB    = 1.0813613      PCLM    = 2.0772083      PDIBLC1 = 4.31459E-4
+PDIBLC2 = 0.0252121      PDIBLCB = -9.960722E-4   DROUT   = 0.0432774
+PSCBE1  = 3.191047E10    PSCBE2  = 1.323218E-8    PVAG    = 0.0420525
+DELTA   = 0.01           MOBMOD  = 1              PRT     = 0
+UTE     = -1.5           KT1     = -0.11          KT1L    = 0
+KT2     = 0.022          UA1     = 4.31E-9        UB1     = -7.61E-18
+UC1     = -5.6E-11       AT      = 3.3E4          WL      = 0
+WLN     = 1              WW      = 0              WWN     = 1
+WWL     = 0              LL      = 0              LLN     = 1
+LW      = 0              LWN     = 1              LWL     = 0
+CAPMOD  = 2              XPART   = 0.4            CGDO    = 2.68E-10
+CGSO    = 2.68E-10       CGBO    = 1E-11          CJ      = 1.902493E-3
+PB      = 0.9810285      MJ      = 0.4644362      CJSW    = 3.142741E-10
+PBSW    = 0.9048624      MJSW    = 0.3304452      PVTH0   = 4.952976E-3
+PRDSW   = 29.8169373     PK2     = 3.383373E-3    WKETA   = -7.913501E-3
+LKETA   = -0.0208318      )
*

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 12:17 | 显示全部楼层
TSMC_180nm模型:
* DATE: May 21/09
* LOT: T92Y                  WAF: 9103
* Temperature_parameters=Default
.MODEL CMOSN NMOS (                                LEVEL   = 49
+VERSION = 3.1            TNOM    = 27             TOX     = 4.1E-9
+XJ      = 1E-7           NCH     = 2.3549E17      VTH0    = 0.3694303
+K1      = 0.5789116      K2      = 1.110723E-3    K3      = 1E-3
+K3B     = 0.0297124      W0      = 1E-7           NLX     = 2.037748E-7
+DVT0W   = 0              DVT1W   = 0              DVT2W   = 0
+DVT0    = 1.2953626      DVT1    = 0.3421545      DVT2    = 0.0395588
+U0      = 293.1687573    UA      = -1.21942E-9    UB      = 2.325738E-18
+UC      = 7.061289E-11   VSAT    = 1.676164E5     A0      = 2
+AGS     = 0.4764546      B0      = 1.617101E-7    B1      = 5E-6
+KETA    = -0.0138552     A1      = 1.09168E-3     A2      = 0.3303025
+RDSW    = 105.6133217    PRWG    = 0.5            PRWB    = -0.2
+WR      = 1              WINT    = 2.885735E-9    LINT    = 1.715622E-8
+XL      = 0              XW      = -1E-8          DWG     = 2.754317E-9
+DWB     = -3.690793E-9   VOFF    = -0.0948017     NFACTOR = 2.1860065
+CIT     = 0              CDSC    = 2.4E-4         CDSCD   = 0
+CDSCB   = 0              ETA0    = 2.665034E-3    ETAB    = 6.028975E-5
+DSUB    = 0.0442223      PCLM    = 1.746064       PDIBLC1 = 0.3258185
+PDIBLC2 = 2.701992E-3    PDIBLCB = -0.1           DROUT   = 0.9787232
+PSCBE1  = 4.494778E10    PSCBE2  = 3.672074E-8    PVAG    = 0.0122755
+DELTA   = 0.01           RSH     = 7              MOBMOD  = 1
+PRT     = 0              UTE     = -1.5           KT1     = -0.11
+KT1L    = 0              KT2     = 0.022          UA1     = 4.31E-9
+UB1     = -7.61E-18      UC1     = -5.6E-11       AT      = 3.3E4
+WL      = 0              WLN     = 1              WW      = 0
+WWN     = 1              WWL     = 0              LL      = 0
+LLN     = 1              LW      = 0              LWN     = 1
+LWL     = 0              CAPMOD  = 2              XPART   = 0.5
+CGDO    = 8.58E-10       CGSO    = 8.58E-10       CGBO    = 1E-12
+CJ      = 9.471097E-4    PB      = 0.8            MJ      = 0.3726161
+CJSW    = 1.905901E-10   PBSW    = 0.8            MJSW    = 0.1369758
+CJSWG   = 3.3E-10        PBSWG   = 0.8            MJSWG   = 0.1369758
+CF      = 0              PVTH0   = -5.105777E-3   PRDSW   = -1.1011726
+PK2     = 2.247806E-3    WKETA   = -5.071892E-3   LKETA   = 5.324922E-4
+PU0     = -4.0206081     PUA     = -4.48232E-11   PUB     = 5.018589E-24
+PVSAT   = 2E3            PETA0   = 1E-4           PKETA   = -2.090695E-3    )
*
.MODEL CMOSP PMOS (                                LEVEL   = 49
+VERSION = 3.1            TNOM    = 27             TOX     = 4.1E-9
+XJ      = 1E-7           NCH     = 4.1589E17      VTH0    = -0.3823437
+K1      = 0.5722049      K2      = 0.0219717      K3      = 0.1576753
+K3B     = 4.2763642      W0      = 1E-6           NLX     = 1.104212E-7
+DVT0W   = 0              DVT1W   = 0              DVT2W   = 0
+DVT0    = 0.6234839      DVT1    = 0.2479255      DVT2    = 0.1
+U0      = 109.4682454    UA      = 1.31646E-9     UB      = 1E-21
+UC      = -1E-10         VSAT    = 1.054892E5     A0      = 1.5796859
+AGS     = 0.3115024      B0      = 4.729297E-7    B1      = 1.446715E-6
+KETA    = 0.0298609      A1      = 0.3886886      A2      = 0.4010376
+RDSW    = 199.1594405    PRWG    = 0.5            PRWB    = -0.4947034
+WR      = 1              WINT    = 0              LINT    = 2.93948E-8
+XL      = 0              XW      = -1E-8          DWG     = -1.998034E-8
+DWB     = -2.481453E-9   VOFF    = -0.0935653     NFACTOR = 2
+CIT     = 0              CDSC    = 2.4E-4         CDSCD   = 0
+CDSCB   = 0              ETA0    = 3.515392E-4    ETAB    = -4.804338E-4
+DSUB    = 1.215087E-5    PCLM    = 0.96422        PDIBLC1 = 3.026627E-3
+PDIBLC2 = -1E-5          PDIBLCB = -1E-3          DROUT   = 1.117016E-4
+PSCBE1  = 7.999986E10    PSCBE2  = 8.271897E-10   PVAG    = 0.0190118
+DELTA   = 0.01           RSH     = 8.1            MOBMOD  = 1
+PRT     = 0              UTE     = -1.5           KT1     = -0.11
+KT1L    = 0              KT2     = 0.022          UA1     = 4.31E-9
+UB1     = -7.61E-18      UC1     = -5.6E-11       AT      = 3.3E4
+WL      = 0              WLN     = 1              WW      = 0
+WWN     = 1              WWL     = 0              LL      = 0
+LLN     = 1              LW      = 0              LWN     = 1
+LWL     = 0              CAPMOD  = 2              XPART   = 0.5
+CGDO    = 7.82E-10       CGSO    = 7.82E-10       CGBO    = 1E-12
+CJ      = 1.214428E-3    PB      = 0.8461606      MJ      = 0.4192076
+CJSW    = 2.165642E-10   PBSW    = 0.8            MJSW    = 0.3202874
+CJSWG   = 4.22E-10       PBSWG   = 0.8            MJSWG   = 0.3202874
+CF      = 0              PVTH0   = 5.167913E-4    PRDSW   = 9.5068821
+PK2     = 1.095907E-3    WKETA   = 0.0133232      LKETA   = -3.648003E-3
+PU0     = -1.0674346     PUA     = -4.30826E-11   PUB     = 1E-21
+PVSAT   = 50             PETA0   = 1E-4           PKETA   = -1.822724E-3    )
*

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 12:20 | 显示全部楼层
这是台积电250nm 180nm库原始文件
楼上为改造成lt-spice的形式

t92y_mm_non_epi_thk_mtl-params1.zip

3.49 KB

台积电180nm

n99y-params1.zip

3.22 KB

台积电250nm

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 12:22 | 显示全部楼层

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 12:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 叶春勇 于 2021-2-4 12:44 编辑

这是自己测试cmos非门的例子要导入库,调用元件。
69425601b7b8fad5d8.png

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xukun977| | 2021-2-4 13:01 | 显示全部楼层

TW钟文耀老师的东西,又被你偷来了

你要有点版权意识的话,就要注明出处,否则人家要追究你发绿责任的。
不但不注明出处,还要申请原创,你这就是知识产权的盗窃。

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 13:09 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-2-4 13:01
TW钟文耀老师的东西,又被你偷来了

你要有点版权意识的话,就要注明出处,否则人家要追究你发绿责 ...


2楼,3楼的支持lt-spice的库文件,我自己改写的。
45890601b817847e33.png

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 13:13 | 显示全部楼层
叶春勇 发表于 2021-2-4 13:09
2楼,3楼的支持lt-spice的库文件,我自己改写的。

如果你能写出比我好,介绍关于集成电路建模的入门(不能使用专业集成电路软件)。
我主动撤除!我是搜过21ic,搜索结果就1条,还是用专业集成电路软件的,不是lt-spice软件。
67730601b824886b5d.png

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xukun977| | 2021-2-4 13:23 | 显示全部楼层

注明知识出处的方法:


例如PPT中:

16064601b848ac342c.png



例如在帖子中:


94757601b84a997e71.png








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xukun977| | 2021-2-4 13:34 | 显示全部楼层


我有专业的软件IC615,以及两本在上海Candence本部的培训教材,一本是原理图,一本是layout设计基础。

IMG_20210204_133156.jpg

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 13:35 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-2-4 13:23
注明知识出处的方法:

请拿出中文证据即可。无须多言。

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xukun977| | 2021-2-4 13:44 | 显示全部楼层
叶春勇 发表于 2021-2-4 13:13
如果你能写出比我好,介绍关于集成电路建模的入门(不能使用专业集成电路软件)。
我主动撤除!我是搜过2 ...



EETOP上,相关资料成把抓


百度上有些用LTspice的仿真反相器的,后面的版图部分太狂狼了:


26145601b892fd3986.png


人家这是分层画MOS管的,实际上在Candence里面,直接输入W和L,选择叉指结构,还是普通结构,1秒钟就能调出整个管子layout,像这样画,版图工程师要疯了。。。

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 13:51 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-2-4 13:44
EETOP上,相关资料成把抓

有时间,自己写点集成电路仿真教程,不挺好的吗。
我不是集成电路从业人员,写出这个教程。无须使用集成电路软件。中文搜索引擎,能搜到,我跑国外去干什么?

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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 14:45 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-2-4 13:32
集思广义,感谢叶仔。两年前开始玩建模,主要是要找事情做,搞些新鲜的。工作上用到的丶书上提到的丶网站上 ...

突然发现这个x对集成电路具体的东西,都是避而不谈的。

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xukun977| | 2021-2-4 14:47 | 显示全部楼层
叶春勇 发表于 2021-2-4 13:51
有时间,自己写点集成电路仿真教程,不挺好的吗。
我不是集成电路从业人员,写出这个教程。无须使用集成 ...




世界上任何一个软件,本身就有教程库,理论上把help看一遍,软件也就精通了,起码基本的软件操作是学会了。


49257601b9767f00f1.png



6672601b97a7ceb91.png



当然了,你把这个help文档抄一遍,就是写了本软件使用教程
人家周润景同志,每年都出好几本书,在国内出书数量排名前几位。



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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 15:01 | 显示全部楼层
king5555 发表于 2021-2-4 13:32
集思广义,感谢叶仔。两年前开始玩建模,主要是要找事情做,搞些新鲜的。工作上用到的丶书上提到的丶网站上 ...

谢谢,晒书。
21ic可以下载到,不过很老的软件 hspice没用过。
简体中文的
88979601b9bb93457b.png

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xukun977| | 2021-2-4 15:06 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2021-2-4 15:10 编辑

软件界面,帅呆了,酷比了,相当于3万元左右的泰克示波器才有的性能,根本不是LT/H或Pspice能比拟的。


2146601b9c7c2e2c9.png


32997601b9db125688.png




建议学IC,还是用专业软件。某个网站可以免费下。



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叶春勇|  楼主 | 2021-2-4 15:28 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2021-2-4 15:06
软件界面,帅呆了,酷比了,相当于3万元左右的泰克示波器才有的性能,根本不是LT/H或Pspice能比拟的。

哥们早不说,我现在很多特定电路,都会自己用通用编程语言编写特定电路分析程序。
现在就差零极点分析,5阶以上,不知道求零极点。多项式不懂。

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tianxiongweitxw| | 2021-2-4 15:32 | 显示全部楼层
X大别盯着叶工了,叶工过不了几年就是教授级高工。你还是多搞点接接地气的东西给他家学习吧

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