3.6 直流二重扫描与MOS管 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线

.dc语句也支持二重扫描（双参数扫描），其基本语法格式为

其中var1和var2是两个被扫描的参数，后面跟着的3个参数分别是扫描起始值、扫描终止值和步长。

直流二重扫描最典型的应用是扫描MOS管的 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线以了解MOS管的恒流特性、阈值电压和过饱和压降等参数，在电路设计初期非常重要，甚至可以说“设计模拟电路应该从扫描MOS管开始！”。

扫描MOS管的 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线，就是观察在不同栅源电压下，漏源电流随漏源电压的变化情况，所以 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线的纵坐标是漏源电流，横坐标是漏源电压，不同的栅源电压对应不同高度的曲线，栅源电压越高，则电流曲线也越高。下面介绍使用Cadence的ADE对MOS管进行直流二重扫描的方法，首先介绍NMOS管的扫描方法。

在design_smic18库里新建一个NMOS_IV的schematic view，连接方法如图3.17所示，MOS管使用n18，宽长比为5μ/1μ，两个直流电压源的DC Voltage分别设置为参数var_vgs和var_vds。在Check and Save后打开ADE窗口。

首先试一试单参数扫描是否正常，按照前面的仿真设置方法，在ADE窗口中首先添加smic18的仿真库mos018_v1p9_spe.lib，再将var_vgs和var_vds复制到ADE窗口中，并将它们都设置为1。打开Choosing Analyses对话框，按照图3.18所示设置dc仿真参数，对变量var_vds进行0～1.8的扫描，扫描步长为0.1。用Select on Schematic选择MOS管的漏极电流进行显示，方法是在原理图中单击NMOS管的漏极pin，即单击pin可以看电流。设置完成的ADE窗口如图3.19所示，保存当前的设置为state_NMOS_IV后，单击红绿灯图标，正常情况下应该得到如图3.20所示的波形，它是 Ⅴ _GS =1V（即var_vgs为1）时的MOS管电流随漏源电压 Ⅴ _DS 变化的曲线。在单参数扫描成功的基础上，很容易实现双参数扫描，请按照下面的流程继续。

下面开始添加第二个扫描参数，单击ADE窗口的Tools→Parametric Analysis...，弹出如图3.21所示的Parametric Analysis对话框，单击这个对话框的Setup→Pick Name For Variable→Sweep1...，弹出Parametric Analysis Pick Sweep 1对话框，选择其中的变量var_vgs并单击OK按钮，这时var_vgs就加到了图3.21所示的对话框的Variable Name栏中，即完成了第二个扫描参数的添加。在Range Type栏中选择From/To，并填写From为0，To为1。在Step Control栏中选择Linear Steps，Step Size栏填写为0.1，表示var_vgs从0到1按照0.1的间隔进行扫描。设置完成后单击Tool→Save...，弹出Parametric Analysis Save对话框，直接单击OK按钮，将关于var_vgs的扫描设置保存下来，将来单击Tool→Recall...即可调出，其作用与ADE中的save state相同。

单击图3.21中的菜单Analysis→Start开始双参数直流扫描仿真，仿真结束后可得到如图3.22所示NMOS管 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线。学过CMOS集成电路设计的读者对这个MOS管 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线并不陌生，每条曲线对应一个 Ⅴ _GS 值，随着 Ⅴ _GS 增加，电流曲线越来越高。最上面的那条曲线是 Ⅴ _GS 为1V时的曲线，就是图3.20所示的单参数扫描的结果。

PMOS管 Ⅰ-Ⅴ 特性扫描与NMOS管的基本相同，只需要注意PMOS管的源极电位最高，栅极电压和漏极电压都要低于源极电压，PMOS管电流的实际方向是从源极流向漏极。考虑到这些因素后，在design_smic18库中新建一个PMOS_IV的schematic view，画出如图3.23所示的PMOS管 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线扫描电路图。

对PMOS管的单参数扫描和二重扫描方法与NMOS管的完全相同，图3.24所示为PMOS管单参数扫描的 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线（ Ⅴ _GS =1V），从图中大致可以看出PMOS管的饱和电流为45μA左右，比相同条件下NMOS管的225μA左右的电流差了很多倍。图3.25为PMOS管双参数扫描的 Ⅰ-Ⅴ 特性曲线，大家可以用它与NMOS管的结果进行对比，感觉一下NMOS管与PMOS管在相同宽长比情况下的电流差异。