原创 SPICE的器件模型是怎样构建?(二极管示例)

2021-4-2 15:20 6185 25 3 分类: EDA/ IP/ 设计与制造

SPICE器件模型:二极管的工作原理

下面以二极管为例介绍一下SPICE的器件模型是怎样构建的。为此先来回顾一下二极管的工作原理。这里会出现半导体的理论,重点在于器件模型是由哪些参数组成的,理论本身不理解也没有关系。

下图表示硅二极管的基本工作原理。当给二极管施加偏置时,耗尽层内的电场作用减弱,发生载流子扩散并且流过电流。另外,二极管的正向电流Id和耗尽层电容Cj可通过以下公式来表示。

二极管的参数

下图是二极管的等效电路。电路中包括正向电流IF(前面公式中的Id)、耗尽层电容Cj以及寄生电阻分量RS。在前面的公式中代入二极管的参数(参见表格),得到如下模型公式。

模型公式基本上与半导体的理论公式相同。在器件模型中设置这些参数值。

SPICE器件模型:二极管的器件模型示例

下面是二极管的实际器件模型。这是由ROHM提供的。

其中包括描述规则的明细,以星号“*”开头的是注释。模型的简要说明等可以是任意说明。在该例中,从“MODEL”开始是实际的内容。以“+”开始的行是设置参数值的。请比较一下器件模型的描述和参数表。参数的设置如果是默认值即可时,没有必要描述。


SPICE器件模型:二极管示例 其2

继上一篇文章“其1”之后,本文将继续以二极管的SPICE器件模型为例,来介绍器件模型。

SPICE器件模型:二极管器件模型的参数调整

器件模型是要设置参数的,所以可以很容易想象如果改写所描述的设置值,其结果会反映在仿真结果中。下面是此前提到的二极管器件模型的VF调整示例。

要调整二极管的VF,需要更改IS值(饱和电流)。IF=IS*exp(Vd/(N*Vt)-1) 这是在“其1”中给出的IF公式,从公式可以看出,IS的增减与IF成正比。曲线图是将IS值调整为10倍和1/10后的IF-VF特性仿真结果。VF=0.7V的IF是10倍和1/10的值。

要想很好地理解参数和二极管特性之间的关系,需要先了解模型公式和参数。

SPICE器件模型的局限

器件模型基本上表现出来的是模型理论公式的特性。所以,理论公式中无法完全表达出来的特性不会反映在仿真结果中。需要先认清这点再来解释仿真结果。

这个曲线图是不同于刚才的二极管的IF-VF特性。左侧是技术规格书中给出的实际二极管的代表特性,右侧是这个二极管的器件模型仿真结果。

比较一下IF-VF特性的线性度,可以看出仿真结果是基于理论公式的结果。


来源:techclass.rohm

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