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光电子器件的PSPICE电路模型和数值模拟论文
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官方公共微信适用于PSPICE图形化输入的四端口MOSFET模型的创建74
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适用于PSPICE图形化输入的四端口MOSFET模型的创建74
设计与开发；适用于ＰＳＰＩＣＥ图形化输入的四端口；ＭＯＳＦＥＴ模型的创建；霍明旭，丁扣宝；（浙江大学信息与电子工程学系微电子所，杭州３１０；摘要：ＯｒＣＡＤＰＳＰＩＣＥ是一个在ＰＣ机上应用；体偏效应，需要具有栅Ｇ、源Ｓ、漏Ｄ、体Ｂ四个端口；关键词：ＰＳＰＩＣＥ；图形化输入；四端口ＭＯＳ模；ＣｒｅａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｅｌｆｏｒ４－ｔｅｒｍ；ＨＵＯＭｉｎｇ－ｘｕ
设计与开发适用于ＰＳＰＩＣＥ图形化输入的四端口ＭＯＳＦＥＴ模型的创建霍明旭，丁扣宝（浙江大学信息与电子工程学系微电子所，杭州３１００２７）摘要：　ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ是一个在ＰＣ机上应用比较广泛的电路模拟工具。在模拟ＩＣ设计时为了考虑体偏效应，需要具有栅Ｇ、源Ｓ、漏Ｄ、体Ｂ四个端口的器件，但ＰＳＰＩＣＥ并不提供该器件的图形化输入，而且对于不同的生产工艺其ＳＰＩＣＥ模型也不相同。本文建立了适用于特定工艺的用于图形化输入方式的四端口ＭＯＳＦＥＴ模型。模拟结果表明所建模型具有正确的器件特性，而且在ＩＣ中模拟的结果也是正确的，适用在ＰＣ机上应用ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ软件进行含四端口ＭＯＳＦＥＴ的电路的图形化输入工作。关键词：ＰＳＰＩＣＥ；图形化输入；四端口ＭＯＳ模型中图分类号：ＴＮ３８６．１　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１００３－３５３Ｘ（２００４）０９－００５７－０３Ｃｒｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　４－ｔｅｒｍｉｎａｌ　ＭＯＳＦＥＴＳｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　Ｇｒａｐｈｉｃ　Ｉｎｐｕｔ　ｉｎ　ＰＳＰＩＣＥＨＵＯ　Ｍｉｎｇ－ｘｕ　　　ＤＩＮＧ　Ｋｏｕ－ｂａｏ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，　Ｄｅｐｔ．　ｏｆ　Ｉｎｆｏ．　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．，　Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００２７，　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ　ｉｓ　ａ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｆｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｐｅｒｓｏｎａｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ．４－ｔｅｒｍｉｎａｌ　ＭＯＳ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｒｅ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｆｏｒ　ａｎａｌｏｇｕｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｅｓｉｇｎ，　ｂｅｃａｕｓｅ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｔｈｅｂｏｄｙ　ｂｉａｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ｃａｎｎｏｔ　ｂｅ　ｎｅｇｌｅｃｔｅｄ．　Ｂｕｔ　ＰＳＰＩＣＥ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ　ｉｎｐｕｔｓｕｃｈ　ｄｅｖｉｃｅｓ，　ａｎｄ　ａ　ＳＰＩＣＥ　ｍｏｄｅｌ　ｖａｒｉｅｓ　ｆｒｏｍ　ｆｏｕｎｄｒｙ　ｔｏ　ｆｏｕｎｄｒｙ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｔｈｅ　ＭＯＳＦＥＴ　ｍｏｄｅｌｓｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｇｒａｐｈｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｒｅ　ｃｒｅａｔｅｄ　ｆｏｒ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｅａｔｅｄ　ＭＯＳＦＥＴ　ｄｅｖｉｃｅ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ’　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｔｈｅｓｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｒｒｅｃｔ．　Ｓｏ　ｉｔ　ｉｓ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｔｏ　ｉｎｐｕｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ　ｗｉｔｈ　４－ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｇｒａｐｈｉ－ｃａｌｌｙ　ｉｎ　ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ＰＳＰＩＣＥ；　ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；　４－ｔｅｒｍｉｎａｌ　ＭＯＳ　ｍｏｄｅｌ１　引言变了以往主要使用双极型器件的局面。在进行电路设计时电路模拟占有非常重要的位ＭＯＳＦＥＴ现已成为微处理器与半导体存储器等置。常用的电路模拟程序有Ｃａｄｅｎｃｅ的Ｓｐｅｃｔｒｅ和先进集成电路（ＩＣ）中最主要的器件单元，它尺寸ＰＳＰＩＣＥ，Ｓｙｎｏｐｓｙｓ的ＨＳＰＩＣＥ，Ｍｅｎｔｏｒ的Ｅｌｄｏ，小、功耗低、并与数字电路的主流工艺兼容。近Ａｇｉｌｅｎｔ的ＡＤＳ等。国际上模拟电路模拟软件的事年来，使用ＭＯＳＦＥＴ的模拟ＩＣ逐渐成为主流，改实标准是ＳＰＩＣＥ程序，由美国加州大学伯克莱分校September 2004Semiconductor Technology
Vol. 29 No. 957设计与开发首先推出。ＰＳＰＩＣＥ则是以ＳＰＩＣＥ为核心的商用电路模拟工具，现为Ｃａｄｅｎｃｅ的ＯｒＣＡＤ工具中的一员，可用于ＰＣＢ，ＩＣ／ＡＳＩＣ，ＰＬＤ等设计。ＰＳＰＩＣＥ收敛性好，适于做系统及电路级模拟，可在微机上使用，应用非常广泛。ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ进行电路图的输入有两种方式：文本输入方式和图形化输入方式。在文本输入方式中，首先需要对电路的节点进行编号，然后使用ＰＳＰＩＣＥ规定的一系列输入输出控制语句，对电路模拟的标题、电路连接方式及其元器件的名称、参数、模型等进行描述，建立起一个文本文件。显然，这种方式不直观，且对于规模较大的电路就非常麻烦。而图形化输入方式大大减少了手工输入数据量，操作简单，使用方便，可以自动查错并在此基础上生成输入用的网表，可直接调用ＰＳＰＩＣＥ程序进行电路模拟［１］。目前主流的ＥＤＡ工具均支持图形化输入方式。ＰＳＰＩＣＥ提供大量的元器件库，但未提供针对模拟ＩＣ设计所需要的四端口ＭＯＳＦＥＴ。而在模拟ＩＣ的设计中，为了实现晶体管之间更好地隔离、减少ｐｎ结漏电流及闩锁效应等，往往要把阱和衬底之间的ｐｎ结反偏，即将ｎ阱或ｎ衬底接最高电位，将ｐ衬底或ｐ阱接最低电位。这样ＭＯＳＦＥＴ的体端（Ｂ）和源端（Ｓ）就不是短接的，此时的ＭＯＳＦＥＴ为四端口器件，在模拟时要考虑体偏效应。另外，在模拟ＩＣ设计中用到的ＭＯＳＦＥＴ针对不同的生产工艺需要不同的器件模型，因此为了图形化输入电路的需要，必须创建相应的适用于ＰＳＰＩＣＥ图形化输入的四端口ＭＯＳＦＥＴ模型。２　器件模型的创建本文建立的四端口ＭＯＳＦＥＴ模型的依据是ＭＯＳＩＳ［２］的ＴＳＭＣ　０．１８μｍ　ＣＭＯＳ工艺条件下的ＳＰＩＣＥ模型及参数。它采用的是适用于数字和模拟电路设计的深亚微米ＢＳＩＭ３Ｖ３模型［３］。该模型对短沟道效应和高电场效应等都进行了建模，现已成为工业界的ＭＯＳＦＥＴ模型标准。首先根据所给的参数，使用ＰＳＰＩＣＥ　ＭｏｄｅｌＥｄｉｔｏｒ程序，利用．ＭＯＤＥＬ　语法来定义模型。不同的ＭＯＳＦＥＴ取不同的模型名称，多个模型可以保存在一个模型库文件（＊．ＬＩＢ）中。然后使用ＰＳＰＩＣＥ58半导体技术第２９卷第９期Ｍｏｄｅｌ　Ｅｄｉｔｏｒ程序创建不同模型对应的元器件（Ｐａｒｔ）的图形符号和模板，根据上文创建的模型库来建立元器件库。ＯｒＣＡＤ内置的ＭＯＳＦＥＴ图形符号都是体（Ｂ）源（Ｓ）连接，对外只有栅、漏和源三个端口的三端器件，如图１（ａ）所示，无法直接使用。在三端口的ＮＭＯＳ图形符号上进行修改，将体源管脚断开，添加一个体端管脚Ｂ，然后再修改ＰＳＰＩＣＥｔｅｍｐｌａｔｅ模版，即可创建出四端器件，其ＮＭＯＳ图形符号如图１（ｂ）所示。ＮＭＯＳＮＭＯＳ（ａ）三端口ＮＭＯＳ　　　　　　　　　　　　　（ｂ）四端口ＮＭＯＳ图１三端口和四端口的ＮＭＯＳ　器件３　模型验证３．１　　ＮＭＯＳ晶体管特性模拟模拟ＮＭＯＳ晶体管特性的电路图如图２所示，其中Ｍ１采用以上述方法创建的ＮＭＯＳ模型。令栅压ＶＧＳ＝３．３Ｖ，体偏电压ＶＢＳ分别为０．１Ｖ，　０．３Ｖ和０．５Ｖ时，ＩＤＳ随漏源电压ＶＤＳ的变化如图３所示。显然，ＮＭＯＳ管输出特性随体偏电压ＶＢＳ的变化而变化，因而不能简单地采用ＯｒＣＡＤ内置的三端口ＭＯＳ器件模型进行电路模拟。Ｍ１ＶＤＳＶＶＢＳＧＳ０８００ＶＢＳ＝０．５Ｖ６００μＡ０．１Ｖ　　　　　　　　　　　０．３Ｖ／４００ＤＩ２００００　　　　　　　　０．５　　　　　　　１．０　　　　　　　　１．５　　　　　　　　２．０　　　　　　　２．５　　　　　　　　３．０　　　　　　　３．５ＶＧＳ／Ｖ图３　ＶＧＳ＝３．３Ｖ时ＶＢＳ分别为０．１，０．３，０．５Ｖ时的输出特性曲线二ＯＯ四年九月３．２　　在实际电路中的测试图４是应用ＴＳＭＣ　０．１８　ＣＭＯＳ工艺设计的无缓冲运放（ＯＴＡ）电路，具有折叠共源共栅结构的自偏置的特点，其典型的ＭＯＳＦＥＴ尺寸如表１所示。电路中Ｍ１，　Ｍ２，　Ｍ６，　Ｍ７的Ｂ端接ＶＤＤ，而Ｍ１ａ，　Ｍ２ａ，　Ｍ８，　Ｍ９的Ｂ端接ＧＮＤ，它们在电路模拟时都要考虑体偏效应，必须采用四端口ＭＯＳＦＥＴ模型。电路的输入采用了图形化输入方式，其中的ＭＯＳＦＥＴ模型使用本文建立的四端口模型。Ｖ３３．３ＶＭ３ａＭ１０Ｍ１１ＩＭ２Ｎ１Ｍ２ａＭ１ａＭ８Ｍ９Ｍ１ＩＮ２ＯＵＴＭ６Ｍ７Ｃ１１ｍＶ１ｐｆＭ５ＶＭ３２Ｍ４１．６５Ｖｄｃ图４　　　测试用ＯＴＡ的电路图表１　测试用ＯＴＡ电路中典型ＭＯＳＦＥＴ的尺寸ＭＯＳＦＥＴＭ１ａＭ１Ｍ３ａＭ３Ｍ８Ｍ４Ｗ／μｍ１８８．１２．５１．２１．８４Ｌ／μｍ　　　　　　　　　　０．１８　　　　　　０．１８　　　　　　０．１８　　　　　０．１８　　　　　０．１８　　　　　０．１８图５是该电路在ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ下的交流分析结果，表示其增益的幅频特性和相频特性。图６是使用相同的ＭＯＳＦＥＴ模型的同一个电路在ＳｕｎＵｌｔｒａＩＩｉ工作站的Ｃａｄｅｎｃｅ　Ｓｐｅｃｔｒｅ软件下模拟的结果。表２是电路在两个软件中的低频增益、单位增８００１２６０－２０４０－４０１２０－６０２０－１００－２０－１２０１．０　　　　　　　　　１０　　　　　　　　　　１００　　　　　　　　１．０ｋ　　　　　　　　１０ｋ　　　　　　　　　１００ｋ　　　　　　　１．０Ｍ　　　　　　１０Ｍ　　　　　１００Ｍ　　　　１．０Ｇ１　　　Ｎａｇ／ｄＢ２　Ｐｈａｓｅ／ｄｅｇｒｅｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｍｚ图５　　ＯＴＡ在ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ下模拟的增益特性曲线September 2004设计与开发１２１　　　Ｎａｇ／ｄＢ２　Ｐｈａｓｅ／ｄｅｇｒｅｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｍｚ图６　　　ＯＴＡ在Ｃａｄｅｎｃｅ　Ｓｐｅｔｒｅ下模拟的增益特性曲线表２　　测试ＯＴＡ电路模拟结果的对比ＰＳＰＩＣＥＳｐｅｃｔｒｅ误差／％低频增益／ｄＢ６１．７６６１．７８　　０．０４单位增益带宽／ＭＨｚ１８６．１０１８８．００　　１．０１相位裕度／Ｄｅｇ８４．９１１８４．９３　　０．０２益带宽和相位裕度的结果对比，两者一致。因此，使用本文建立的四端口ＭＯＳＦＥＴ模型做图形化输入的ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ对电路的模拟的结果与在专业的ＥＤＡ工具下模拟具有相同的效果。４　结论在模拟ＩＣ设计中，电路模拟的工作是必不可少的。而众多的专业ＥＤＡ软件早期大都源于ＳＰＩＣＥ程序。ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ是在ＰＣ机上流行的电路模拟工具。本文创建的四端口的ＭＯＳ管ＳＰＩＣＥ模型具有正确的器件特性，而且在ＩＣ模拟的结果也是正确的，适用于四端口ＭＯＳ器件的图形化输入，因而在没有专业的ＥＤＡ软件时，也可以在ＰＣ机上应用ＯｒＣＡＤ　ＰＳＰＩＣＥ软件进行含四端口ＭＯＳ器件的电路的图形化输入工作。参考文献：［１］　　高文焕，等．模拟电路的计算机分析与设计――ＰＳＰＩＣＥ程序应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９９．［２］　　　　ＭＯＳＩＳ，　ＭＯＳＩＳ　Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ　Ｔｅｓｔ　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ＴＳＭＣ　０．１８　Ｍｉｃｒｏｎ　ＣＭＯＳ　Ｒｕｎｓ，　２００４．２，　［ＥＢ／０２］ＨＴＴＰ：／／ＷＷＷ．ＭＯＳＩＳ．ＯＲＧ，［３］　　　　ＣＨＥＮＧ　Ｙ，　ｅｔ　ａｌ．ＢＳＩＭ３ｖ３　ｍａｎｕａｌ　（ｆｉｎａｌ　ｖｅｒｓｉｏｎ）　［Ｍ］．Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，　１９９５，　１９９６．作者简介：霍明旭（１９７５－），男，浙江大学信息与电子工程学系在职研究生，主要研究方向为模拟和混合信号集成电路设计、ＥＤＡ技术等；丁扣宝（１９６５－），男，博士，浙江大学信息与电子工程学系副教授，主要研究方向为微电子器件物理研究。Semiconductor Technology
Vol. 29 No. 959包含各类专业文献、幼儿教育、小学教育、中学教育、生活休闲娱乐、行业资料、应用写作文书、各类资格考试、适用于PSPICE图形化输入的四端口MOSFET模型的创建74等内容。
　[总结]PSPICE模型建立_电子/电路_工程科技_专业资料...MOS 管(图 1)修改为新 MOS 管(图 2)。 (3)...Model/Import...导入多个 NewPartn.MOD 文件; 4.... 　(一)描点法建模 PSpice 提供 Model Editor 建立...MOSFET、Operational Amplifier、Voltage Regulator、...(2)提取出核心部分后,在输入输出端口上标上相应的... 　(Diode、Bipolar Transistor、Magnetic Core、IGBT、JFET、MOSFET、 Operational ...模型,我们利用 PSpice Model Editor 将该模型导入并建立用于仿真的元件模型。下面... 　(磁芯) ,传输线耦合 互感 MOS 场效应管(MOSFET)...(4)参数扫描(Parametric Analysis) (5)蒙托卡诺分析...PSpice Model Editor 将该模型导入并 建立用于仿真的... 　Integrated Circuit Emphasis,即重点用于集成电路的仿真...1.4 PSpice 元器件模型库 3 PSpice提供的模型库中...晶体管JFET 互感(磁芯),传输线耦合 电感 MOS场... 　于
15:37:50 仍然用.cir 文本输入法...进行屏幕图形显示 二、MATLAB 获取 PSpice 数据的...755419 MOSFET drain 电流的问题。当 drain 的电压... 　在 PSPICE 中是按器件类型(DEVICE-TYPE)来建立模型...MOSFET P 沟道 MOSFET GaAsFET 非线性磁芯(变压器...数字输入器件 数字输出器件 数字输入输出模型 标准门... 　‘黑盒子’,测量其端口的电气特 性,提取器件模型,...主要应用于集成电路设计;Pspice 是 个人用户的最佳...具有图形化的前端输入环境,用户界面友好,性价比高,... 　器件模型参数,对 MOSFET 器件还提供了 6 种不同...1-2-4 PSpice A/D Basic 和 PSpice 针对不同...(2)电路图中用户为电路端口符号确定的名称。例如图...PSpice教程四(编辑和创建模型)_百度文库
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