写在前面

在传统的设计过程中，常常采用平方律ID=μCoxWLVdsat2I_D=\mu C_{ox}\dfrac{W}{L}V_{dsat}^2进行设计，在根据SR、PM等参数指标确定电流，再根据摆幅或经验，分配过驱动电压，从而确定长宽。

但是在先进工艺中，由于各种非理想效应，这一公式常常不再近似成立。管子在不同工作状态对应不同μ,Cox\mu,C_{ox}等参数，即它们常常是W、L的函数，而非一个稳定的常数，这样用传统平方律设计的宽、长参数往往不够精确。

先进工艺产常常采用gm/idg_m/i_d设计法

一些相关意义：

  • fT=gm2πCgsf_T=\dfrac{g_m}{2\pi C_{gs}}
  • Power=I∗VDDPower=I*V_{DD}
  • gmg_m影响MOSFET噪声

即在给定功耗下获得最快速度、最低噪声的 MOSFET

详细步骤

  1. 选定L

    L决定了gain，一般先选取工艺最小栅长的2~3倍，之后再做调整（W、L同时翻倍或缩小）

    • short channel： high speed
    • long channel： high gain

    更精确的可以对一个MOSFET扫出其不同的 L下对应的gmro−gm/idg_mr_o-g_m/i_d表

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  2. 对不同的管子，选定其合理的gm/idg_m/i_d数值，根据已经确定的参数，并建立查找表确定其W

    这里指出一点，在设计过程中已经确定的参数（gmg_m或IDI_D）往往通过其他指标确定，如SR、PM、BW

    • high gm/idg_m/i_d： low power or high speed&high gain
    • low gm/idg_m/i_d： high swing

    该设计法的精确性就在于这一步代替了平方律的计算

    改为查找表直接确定

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    gm/idg_m/i_d合理数值的选定存在最优范围（trade off 速度&电流功耗效应）

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    同时需要考虑噪声因素：

    • 放大管gmg_m需要在最优范围内，取较大

    • 电流镜gmg_m需要在最优范围内，取较小

    gm/idg_m/i_d的数值也和MOSFET的工作状态息息相关：

    • 深饱和区（强反型），较小
    • 亚阈值区域，最大

总结

回头看，该设计法的本质在利用不是W、L函数的几个参数建立查找表进行设计：

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