【原】gm/id的物理实质是什么?

论坛网友@fred0320提问：

gm/id看起来是非常方便的设计方法。可是这个参数的物理实质是什么呢？在传统的设计方法中，你先选gm, 然后决定id，再然后选择mosfet L和W。那么gm/id是选择mosfet的什么呢？ 如果这个比值合适那是否还要再决定gm和id呢，既然这两项都能决定为何还需要gm/id呢？

请看论坛热心网友给出的回答：

@天牛不唱歌：

只是说这篇文章你肯定没看。  A Basic Introduction to the gm ID-Based Design.pdf (2.47 MB) （注：需要点击阅读原文登录论坛下载）
Vod方法是针对长沟道器件的，现在基本都是短沟道器件了，长沟道公式来估算不免偏差很大。
再者，目前通用的MOS管模型-BSIM3V3的参数里根本就没有lamda 这种参数了，那目前工艺的Un，Lamda等等参数你如何得到？
gm/Id 基于仿真出来的MOS管的特性（查找表），可以说是和实际基本靠拢的。
gm/Id是用一种表象找到某两个参数的关系，而且这个关系一般是可控的，有一定的取值范围，变化规律的。

@暮若幽荷

我很喜欢楼主的问题的标题，我通常也很想搞清各种概念对应的物理实质，当然gm/Id确实没深入研究过。。

@JoyShockley

gm/id的物理意义不强。转成2Id/gm后，在长沟道下这个就是Vov，在短沟道下；这个是一个类似过驱动电压的东西。   我一般都是做2id/gm的图线，因为这样和传统的基于Vov的设计类似，比gm/id好用；EE240基本使用2id/gm这个量。

@dingyaoshun

An All-Inversion-Region gm/ID Based Design Methodology for Radiofrequency Blocks in CMOS Nanometer Technologies

@楼主

多谢各位的回复，认真读完@天牛不唱歌给的paper，已经非常清楚了。其实gm/id是和Vov对应的，选择gm/id其实就是选择MOSFET的Vgs。为了优化电路的速度和功耗引进的这个参数，利用这个比值选择最好的效率。Vov, gm/id, 2id/gm 都是不同的表现形式实质都一样。传统的Vov方法由于spice model在moderate region不是很精确，所以引进gm/id查表格的方式。

@ ericking0

请参考：http://bbs./thread-444971-1-1.html

人确定最基本的架构；simulator搞定非线性的，难以手算的东西；遍历容易计算的东西，得到最优化的设计。

@bruceok

Gm/Id methodology is a method which could select mos operation region in moderate region. In moderdate region,mos has a lower power consumption and higher gm

@countersr

有人是这样解释的感觉很有道理。这个反应的是效率的问题，多少电流能产生多少增益，根据这个比值选择参数能更直观的看到效率。

@残桥挂月

我觉得如果要是用一句话来说明gm/id的实质，就是如何用仿真来代替手算，也就是说gm/id和vov的方法在本质上是没有区别的，只是gm/id这个方法是使用了计算机仿真得到的结果，在深亚微米工艺中，比vov手算的方法精确很多

@bgd_wang

我的理解：gm=2Id/（Vgs-Vt),所以gm/Id=2/（Vgs-Vt),在模拟电路中，（Vgs-Vt)一般取0.15~0.2V,低于这个值，晶体管会进入弱反型区，临界点在70mV左右。在高频应用中，（Vgs-Vt)可以高的0.5V，再大容易进入线性区。故对于MOS来讲，gm/Id的典型值在10附近，在RF电路中可以低到4。而对于Bipolar器件，这个值常为40左右。这就意味着在相同的电流下，MOS比Bipolar提供更低的跨导！所以，是否可以这样理解，gm/Id其实就是反映器件的跨导的一种物理属性，我们在设计电路中，一旦设定Vgs-Vt，它就是一个定值。而记住这个好处在于它的精确性，它不像跨导的其它表达公式，包含K'这样的工艺参数。

欢迎大家接着留言讨论。。。。