SPICE的器件模型..
SPICE基本模型参数

process.
Lname n+ n- value <IC=INCOND> LSHUNT 23 51 10U IC=15.7MA
n+ and n- are the positive and negative element nodes, respectively. Value is the capacitance in Farads. The (optional) initial condition is the initial (time-zero) value
the source, to the negative node.
Vname n+ n- <DC<> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>
<DISTOF1 <F1MAG <F1PHASE>>> <DISTOF2 <F2MAG <F2PHASE>>>
Circuit simulation is an important part of any design process. By simulating your circuits, you can detect errors early in the process, and avoid costly and time consuming prototype reworking. You can also easily swap components to evaluate designs with varying bills of materials (BOMs).
spice模型PPT课件

1)物理模型
半导体器件的物理模型是从半导体的基本方程 出发,并对器件的参数做一定的近似假设而得 到的有解析表达式的数学模型。一般说来,随 着集成电路集成度的提高,器件的结构、尺寸 都在发生变化,器件的物理模型就越加复杂。 在物理模型中经常包含有一些经验因子,目的 是为了使模型与实验结果符合得更好。一般说, 模型中考虑的因素越多,与实际结果就符合得 越好,但模型也就越复杂,在电路模拟中耗费 的计算工作量就越大。
当MOS器件的栅长和栅宽大于10µm、衬底 掺杂低,而我们又需要一个简单的模型时,那 么由Shichman和Hodges提出的MOS1模型是 适合的。
2)LEVEL=2 LEVEL=2的MOS2模型在MOS1模型基础上考 虑了一些二阶效应,提出了短沟道或窄沟道MOS 管的模型,又被称为二维解析模型。
MOS2模型考虑的二阶效应主要包括: (1)沟道长度对阈值电压的影响 (2)漏栅静电反馈效应对阈值电压的影响 (3)沟道宽度对阈值电压的影响 (4)迁移率随表面电场的变化 (5)沟道夹断引起的沟道长度调制效应 (6)载流子漂移速度限制而引起的电流饱和效应
3)LEVEL=3 即MOS3模型。MOS3模型是一个半经验模型, 适用于短沟道器件。MOS3模型中的阈值电压、 饱和电流、沟道调制效应和漏源电流表达式等都 是半经验公式,其模型参数大多与MOS2模型相 同,但引入了三个新的模型参数:模拟静电反馈 效应的经验模型参数η(EAT)、迁移率调制系 数θ(THETA)和饱和电场系数κ(KAPPA)。
公式中符号
IS αF αR VAF VAR mE mC ms VE0 V C0 V S0
SPICE的器件模型教材

SPICE的器件模型在介绍SPICE基础知识时介绍了最复杂和重要的电路描述语句,其中就包括元器件描述语句。
许多元器件(如二极管、晶体管等)的描述语句中都有模型关键字,而电阻、电容、电源等的描述语句中也有模型名可选项,这些都要求后面配以.MODEL起始的模型描述语句,对这些特殊器件的参数做详细描述。
电阻、电容、电源等的模型描述语句语句比较简单,也比较容易理解,在SPICE基础中已介绍,就不再重复了;二极管、双极型晶体管的模型虽也做了些介绍,但不够详细,是本文介绍的重点,以便可以自己制作器件模型;场效应管、数字器件的模型过于复杂,太专业,一般用户自己难以制作模型,只做简单介绍。
元器件的模型非常重要,是影响分析精度的重要因素之一。
但模型中涉及太多图表,特别是很多数学公式,都是在WORD下编辑后再转为JEPG图像文件的,很繁琐和耗时,所以只能介绍重点。
一、二极管模型:1.1 理想二极管的I-V特性:1.2 实际硅二极管的I-V特性曲线:折线1.3 DC大信号模型:1.4 电荷存储特性:1.5 大信号模型的电荷存储参数Qd:1.6 温度模型:1.7 二极管模型参数表:二、双极型晶体管BJT模型:2.1 Ebers-Moll静态模型:电流注入模式和传输模式两种2.1.1 电流注入模式:2.1.2 传输模式:2.1.3 在不同的工作区域,极电流Ic Ie的工作范围不同,电流方程也各不相同:2.1.4 Early效应:基区宽度调制效应2.1.5 带Rc、Re、Rb的传输静态模型:正向参数和反向参数是相对的,基极接法不变,而发射极和集电极互换所对应的两种状态,分别称为正向状态和反向状态,与此对应的参数就分别定义为正向参数和反向参数。
2.2 Ebers-Moll大信号模型:2.3 Gummel-Pool静态模型:2.4 Gummel-Pool大信号模型:拓扑结构与Ebers-Moll大信号模型相同,非线性存储元件电压控制电容的方程也相同2.5 BJT晶体管模型总参数表:三、金属氧化物半导体晶体管MOSFET模型:3.1 一级静态模型:Shichman-Hodges模型3.2 二级静态模型(大信号模型):Meyer模型3.2.1 电荷存储效应:3.2.2 PN结电容:3.3 三级静态模型:3.2 MOSFET模型参数表:一级模型理论上复杂,有效参数少,用于精度不高场合,迅速粗略估计电路二级模型可使用复杂程度不同的模型,计算较多,常常不能收敛三级模型精度与二级模型相同,计算时间和重复次数少,某些参数计算比较复杂四级模型BSIM,适用于短沟道(<3um)的分析,Berkley在1987年提出四、结型场效应晶体管JFET模型:基于Shichman-Hodges模型4.1 N沟道JFET静态模型:4.2 JFET大信号模型:4.3 JFET模型参数表:五、GaAs MESFET模型:分两级模型(肖特基结作栅极)GaAs MESFET模型参数表:六、数字器件模型:6.1 标准门的模型语句:.MODEL <(model)name> UGATE [模型参数] 标准门的延迟参数:6.2 三态门的模型语句:.MODEL <(model)name> UTGATE [模型参数]三态门的延迟参数:6.3 边沿触发器的模型语句:.MODEL <(model)name> UEFF [模型参数]边沿触发器参数:JKFF nff preb,clrb,clkb,j*,k*,g*,gb* JK触发器,后沿触发DFF nff preb,clrb,clk,d*,g*,gb* D触发器,前沿触发边沿触发器时间参数:6.4 钟控触发器的模型语句:.MODEL <(model)name> UGFF [模型参数]钟控触发器参数:SRFF nff preb,clrb,gate,s*,r*,q*,qb* SR触发器,时钟高电平触发DLTCH nff preb,clrb,gate,d*,g*,gb* D触发器,时钟高电平触发钟控触发器时间参数:6.5 可编程逻辑阵列器件的语句:U <name> <pld type> (<#inputs>,<#outputs>) <input_node>* <output_node># +<(timing model)name> <(io_model)name> [FILE=<(file name) text value>]+[DATA=<radix flag>$ <program data>$][MNTYMXDLY=<(delay select)value>] +[IOLEVEL=<(interface model level)value>]其中:<pld type>列表<(file name) text value> JEDEC格式文件的名称,含有阵列特定的编程数据JEDEC文件指定时,DATA语句数据可忽略<radix flag> 是下列字母之一:B 二进制 O 八进制 X 十六进制<program data> 程序数据是一个数据序列,初始都为0PLD时间模型参数:七、数字I/O接口子电路:数字电路与模拟电路连接的界面节点,SPICE自动插入此子电路子电路名(AtoDn和DtoAn)在I/O模型中定义,实现逻辑状态与电压、阻抗之间的转换。
HSPICE仿真课件

2013-11-04
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输入输出文件
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数量级的工程符号
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输入文件的例子
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输入文件的例子
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HSPICE的输入 输入行格式
• 文件名、语句、等式的长度不能超过256字符; • 上标和下标将被忽略; • 对英文字符大小写不敏感 • 用加号(+)表示续行,此时加号应该是新续之行的 第一个非空格字符; • 星号(*)和美圆符号($)可以引出注释行,但*必 须是每行第一个字母,而$一般跟在一个语句后,并 与语句有至少一个空格。
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HSPICE的语句 使用子电路
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HSPICE的语句 .model引导模型说明语句
• .MODEL 模型名 元器件类型 • 例如:nmos模型 • .model mod1 nmos VTO=1.0 KP=4.5E-5 +LAMBDA=0 GAMMA=0.4 TOX=1.0E-7 +NSUB=4.0E+15 LD=0.06U CJ=2.0E-4 MJ=0.5 +CJSW=2.0E-10 MJSW=0.4 CGSO=1E-10 +CGDO=1E-10 CGBO=2E-9 元器件参数
En
数字集成电路理论与设计
刘 涛
E-mail: ttlyz@
2013-11-04 1
声明
本课件所引用任何素材,包括但不限于文 字图片等,其版权均归原作者所有,这里 不一一列出,一并致谢!
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第四章 SPICE与MOS管模型
第5章集成电路元器件及其SPICE模型ppt课件

金属叉指结构电容
优点:不需要额 外的工艺。
特征尺寸急剧降 低,金属线条的 宽度和厚度之比 大大减小,叉指 的侧面电容占主 导地位。
PN结电容
❖ 利用PN结电容的优点也是不需要额外的工艺,但所 实现的电容有一个极性问题。
❖耗尽区
❖反型区
G
Co 沟道 Cdep
Vss
G ++++++
沟道 耗尽层 P型衬底
Vss
(a)物理结构
tox d
Cgb Co 积累区
耗尽区
1.0
反型区
(b)电容与Vgs的函数关系 0.2
0
Vgs
三、集成电感
在集成电路开始出现以后很长一段时间内, 人们一直认为电感是不能集成在芯片上的。因 为那时集成电路工作的最高频率在兆赫量级, 芯片上金属线的电感效应非常小。现在的情况 就不同了,首先,近二十年来集成电路的速度 越来越高,射频集成电路(RFIC)已经有了很 大的发展,芯片上金属结构的电感效应变得越 来越明显。芯片电感的实现成为可能。
在设计电路的时候需要非常准确地 预测出电路的性能。为了做到这一点, 需要对电路尽可能地进行精确的性能分 析(Analysis)。因为集成电路元器件 无法用实物构建,必须首先建立器件模 型,然后对用这些元器件模型所设计的 集成电路进行以分析计算为基础的电路 仿真(Simulation)。
在集成电路的晶体管级仿真方面, SPICE是主要的电路仿真程序,并已成为 工业标准。因此,集成电路设计工程师, 特别是模拟和数字混合信号集成电路设计 工程师必须掌握SPICE的应用。
Hspice语言学习总结

HSpice语言学习总结第一讲:《SPICE》概述(1)元器件模型构成器件模型的方法有两种:◆行为级模型—“黑匣子”模型例如IBIS模型和S参数,最新的是Verilog-AMS模型和VHDL-AMS模型精度较差,一致性不能保证,受测试技术和精度的影响。
一般应用到高频、非线性、大功率等大型电路设计◆等级(LEVEL)模型例如Hspice便是利用这种模型精度较高一般应用于中小型电路的IC设计(2)LEVEL模型②LEVEL1—LEVEL3:线性模型或低阶模型,可直接进行计算或估算。
②流片工厂提供的模型,如Level 49和Mos 9、EKV 等,无法直接进行计算或估算,需要用电路仿真软件进行仿真,以便得到精确的结果。
如Hspice③Hspice提取模型,是利用提取元件库的形式.lib,元件库一般由工厂提供(3)集成电路特征线宽微米:Micrometer: >1.0um亚微米:0.8um 0.6um深亚微米:0.5um 0.35um 0.25um超深亚微:0.25um 0.18um 0.13um纳米:0.09um (90nm) 0.07um (70nm)Moor 定律:每一代(3年)硅芯片上的集成密度翻两番。
加工工艺的特征线宽每代以30%的速度缩小。
(4)Hspice的使用流程(5)Hspice网表输入格式----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 第二讲HSPICE网表的语法(1)文件名格式:●工具的多少:Cadence>>Hspice●精度:一般Hspice>Cadence●适用对象:Cadence 用于RF设计较好,Hspice更适合模拟IC设计●目前应用建议:用Cadence布线布图以及版图设计,Hspice仿真(1.0)后缀名:.sp。
基于PSPice的元器件建模方法研究

基于PSPice的元器件建模方法研究2.马鞍山学院实验工程中心,安徽马鞍山 234100摘要:随着智能制造2025的推进,本文提出一种基于Cadence软件下PSPice工具建立半导体器件模型方法的研究。
主要从三个方面建立器件的行为模型,包括:子电路建模、ABM建模、Model Editor工具(曲线拟合)建模的研究,通过对不同建模方法的比较,获得比较有效建模思路;最终通过借助Cadence软件的工具箱,对线性拟合和子电路的组合进行MOSFET的联合建模,采用Cadence软件的orcad模块,根据厂家提供的datasheet数据表建立MOSFET模型。
本文对建模方法的研究,有助于人们了解不同的的建模方法,可以为建模提供新的思路,有助于建立更加完善的模型。
关键字:器件建模;子电路建模ABM曲线拟合;联合建模[基金项目] 022年安徽省六卓越一拔尖项目“自动化专业卓越工程师”(2022zybj089);2022年马鞍山学院教学研究项目“智能制造背景下《电力电子技术》课程改革”(202201)。
[作者简介]王迪迪,男,汉族,安徽亳州人,硕士,助教,研究方向:半导体器件建模和电力电子与新能源发电。
引言随着半导体材料的不断发展,由其制成的新型电力电子器件也到飞速发展[1]。
一方面新器件的研制离不开器件的建模与仿真,另一方面新型研制的半导体器件,厂家一般只提供数据表,除非支付高昂的软件版权,否则并不提供免费的仿真软件,因此新型半导体器件的建模成为亟待解决的问题。
经过一段时间的文献调研、学习、资料整理及总结归纳,本文基于Cadence/PSPice软件工具以SiC MOSFET器件为例进行建模方法的研究。
传统的器件模型是根据材料的物理特性而建立的,而行为模型只关心器件的端口特性,从而建立的器件模型[2]。
通过对不同文献的阅读与资料的整理,摒弃了命令语句建模方法,以MOSFET 器件建模为例,重点研究了三种器件建模的方法即:通过capture平台搭建子电路建模,利用Model Editor工具建模,使用ABM库建模[1,3]。
硅光电二极管响应率SPICE模型

图 1 光 电 二 极 管 的 一 维 剖 面 结 构
F g r 1 t e ph t d o e 一d me s n p y i a  ̄ cDr i u e .h o o i d 1 i n i h s l o c s t e
得 。 从 图 2 的 结 果 。 及 拟 合 的 参 数 值 to、n来 看 , 模 型 有 较 高 以 p S 该 假设 单 个 光 子 产生 一 对 电 子一 穴 对 ,在小 的光 注 入 条 件 。 空 用 的 准 确 率 。 较 好 的 反 应 实 际 期 间 的 响 应 率 特 性 , 型 中 使 用 的 离 能 模 经典 的上 述一 维 的结 构 ,同时 假 设 前 区的 少 子 复合 只产 生 在 表 面 , 子 注入 节 前 区少 子 分布 的高斯 近似 也是 可行 的 。 无体 内 的 复合 , 在前 区与 耗尽 区边界 , 产生 多余 少 子 为零 : 光
前 区 少子分 布 .
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均 匀 分 布 , 析 了 响 应 率 相 对 于 该 少 子 分 布 的 积 分 表 达 , 高 斯 分 布 近 似 下 . S I E 中 完 成 了 整 分 在 在 PC 个 硅 光 电二 级 管 的 响 应 率 模 型 , 析 其 分 布 参 数 对 响 应 率 影 响 , 后 通 过 与 实验 数 据 比 较 , 证 模 分 而 验 型 的有 效性 。
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SPICE的器件模型在介绍SPICE基础知识时介绍了最复杂和重要的电路描述语句,其中就包括元器件描述语句。
许多元器件(如二极管、晶体管等)的描述语句中都有模型关键字,而电阻、电容、电源等的描述语句中也有模型名可选项,这些都要求后面配以.MODEL起始的模型描述语句,对这些特殊器件的参数做详细描述。
电阻、电容、电源等的模型描述语句语句比较简单,也比较容易理解,在SPICE基础中已介绍,就不再重复了;二极管、双极型晶体管的模型虽也做了些介绍,但不够详细,是本文介绍的重点,以便可以自己制作器件模型;场效应管、数字器件的模型过于复杂,太专业,一般用户自己难以制作模型,只做简单介绍。
元器件的模型非常重要,是影响分析精度的重要因素之一。
但模型中涉及太多图表,特别是很多数学公式,都是在WORD下编辑后再转为JEPG图像文件的,很繁琐和耗时,所以只能介绍重点。
一、二极管模型:1.1 理想二极管的I-V特性:1.2 实际硅二极管的I-V特性曲线:折线1.3 DC大信号模型:1.4 电荷存储特性:1.5 大信号模型的电荷存储参数Qd:1.6 温度模型:1.7 二极管模型参数表:二、双极型晶体管BJT模型:2.1 Ebers-Moll静态模型:电流注入模式和传输模式两种2.1.1 电流注入模式:2.1.2 传输模式:2.1.3 在不同的工作区域,极电流Ic Ie的工作范围不同,电流方程也各不相同:2.1.4 Early效应:基区宽度调制效应2.1.5 带Rc、Re、Rb的传输静态模型:正向参数和反向参数是相对的,基极接法不变,而发射极和集电极互换所对应的两种状态,分别称为正向状态和反向状态,与此对应的参数就分别定义为正向参数和反向参数。
2.2 Ebers-Moll大信号模型:2.3 Gummel-Pool静态模型:2.4 Gummel-Pool大信号模型:拓扑结构与Ebers-Moll大信号模型相同,非线性存储元件电压控制电容的方程也相同2.5 BJT晶体管模型总参数表:三、金属氧化物半导体晶体管MOSFET模型:3.1 一级静态模型:Shichman-Hodges模型3.2 二级静态模型(大信号模型):Meyer模型3.2.1 电荷存储效应:3.2.2 PN结电容:3.3 三级静态模型:3.2 MOSFET模型参数表:一级模型理论上复杂,有效参数少,用于精度不高场合,迅速粗略估计电路二级模型可使用复杂程度不同的模型,计算较多,常常不能收敛三级模型精度与二级模型相同,计算时间和重复次数少,某些参数计算比较复杂四级模型BSIM,适用于短沟道(<3um)的分析,Berkley在1987年提出四、结型场效应晶体管JFET模型:基于Shichman-Hodges模型4.1 N沟道JFET静态模型:4.2 JFET大信号模型:4.3 JFET模型参数表:五、GaAs MESFET模型:分两级模型(肖特基结作栅极)GaAs MESFET模型参数表:六、数字器件模型:6.1 标准门的模型语句:.MODEL <(model)name> UGATE [模型参数] 标准门的延迟参数:6.2 三态门的模型语句:.MODEL <(model)name> UTGATE [模型参数]三态门的延迟参数:6.3 边沿触发器的模型语句:.MODEL <(model)name> UEFF [模型参数]边沿触发器参数:JKFF nff preb,clrb,clkb,j*,k*,g*,gb* JK触发器,后沿触发DFF nff preb,clrb,clk,d*,g*,gb* D触发器,前沿触发边沿触发器时间参数:6.4 钟控触发器的模型语句:.MODEL <(model)name> UGFF [模型参数]钟控触发器参数:SRFF nff preb,clrb,gate,s*,r*,q*,qb* SR触发器,时钟高电平触发DLTCH nff preb,clrb,gate,d*,g*,gb* D触发器,时钟高电平触发钟控触发器时间参数:6.5 可编程逻辑阵列器件的语句:U <name> <pld type> (<#inputs>,<#outputs>) <input_node>* <output_node># +<(timing model)name> <(io_model)name> [FILE=<(file name) text value>]+[DATA=<radix flag>$ <program data>$][MNTYMXDLY=<(delay select)value>] +[IOLEVEL=<(interface model level)value>]其中:<pld type>列表<(file name) text value> JEDEC格式文件的名称,含有阵列特定的编程数据JEDEC文件指定时,DATA语句数据可忽略<radix flag> 是下列字母之一:B 二进制 O 八进制 X 十六进制<program data> 程序数据是一个数据序列,初始都为0PLD时间模型参数:七、数字I/O接口子电路:数字电路与模拟电路连接的界面节点,SPICE自动插入此子电路子电路名(AtoDn和DtoAn)在I/O模型中定义,实现逻辑状态与电压、阻抗之间的转换。
7.1 N模型:数字输入N模型将逻辑状态(1 0 X Z)转换成相对应的电压、阻抗。
数字模拟器的N模型语句:N <name> <(interface)node> <(low level)node> <(high level)node> <(model)name>+DGTLNET=<(digital net)name> <(digital IO model)name> [IS=(initial state)]数字文件的N模型语句:N <name> <(interface)node> <(low level)node> <(high level)node> <(model)name>+[SIGNAME=<(digital signal)name> [IS=(initial state)]模型语句: .MODEL <(model)name> DINPUT [(模型参数)]模型参数表:7.2 O模型:将模拟电压转换为逻辑状态(1 0 X Z),形成逻辑器件的输入级。
节点状态由接口节点和参考节点之间的电压值决定,将该电压值与当前电压序列进行比较,如果落在当前电压序列中,则新状态与原状态相同;如果不在当前电压序列中,则从S0NAME开始检查,第一个含有该电压值的电压序列可确定为新状态。
如果没有电压序列包含这个电压值,则新状态为?(状态未知)。
数字模拟器的O模型语句:O <name> <(interface)node> <node> <(model)name>+DGTLNET=<(digital net)name> <(digital IO model)name>数字文件的O模型语句:O <name> <(interface)node> <node> <(model)name>+[SIGNAME=<(digital signal)name>模型语句: .MODEL <(model)name> DOUTPUT [(模型参数)]模型参数表:八、数学宏模型:作为电路功能块或实验仪器插入电路系统中,代替或模拟电路系统的部分功能,有24种8.1 电压加法器:8.2 电压乘法器:8.3 电压除法器:8.4 电压平方:基本运算方程:8.5 理想变压器:8.6 电压求平方根:方程8.7 三角波/正弦波转换器:三角波峰-峰值为2V,其中C=PI/28.8 电压相移:8.9 电压积分器:8.10 电压微分器:8.11 电压绝对值:(略)8.12 电压峰值探测器:(略)8.13 频率乘法器:8.14 频率除法器:8.15 频率加法器/减法器:8.16 相位探测器:8.17 传输线:模拟信号延迟(略)8.18 施密特触发器:为避免不收敛,不使用DC扫描,将模型中加入PWL源,产生缓变上升/下降斜波,与瞬态分析效果相同8.19 电压取样-保持电路:(略)8.20 脉冲宽度调制器:(略)8.21 电压幅度调制器:(略)8.22 电压对数放大器:(略)8.23 N次根提取电路:8.24 拉氏变换:(略)九、系统方程宏模型:可作为功能块代替某些未知的电路或不需要分析的电路,插入电路中,使电路系统的分析变得简单明了。
9.1 积分器子电路:作为求解微分方程组的基本运算部件,可在10MHz下工作子电路描述文件:* Integrator Subcircuit. Subckt int 1 2Gi 0 2 1 0 1uCi 2 0 1ufRo 2 0 1000MEG.ENDS INT9.2 电感型微分电路:受控源G的控制电压为Vin,输出电流i9.3 电容型微分电路:9.4 网络函数的SPICE模型:高阶网络函数可分解为几个较简单的一阶、二阶函数,用级联和耦合结构来实现十、非线性器件的模型:10.1 电容型传感器:检测元件是非线性电容10.2 光敏电阻:时变电阻10.3 变容二极管:压控电容。