SPICE的器件模型

1、SPICE的器件模型在介紹SPICE基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)介紹了最復(fù)雜和重要的電路描述語句，其中就包括元器件描述語句。許多元器件（如二極管、晶體管等）的描述語句中都有模型關(guān)鍵字，而電阻、電容、電源等的描述語句中也有模型名可選項(xiàng)，這些都要求后面配以.MODEL起始的模型描述語句，對(duì)這些特殊器件的參數(shù)做詳細(xì)描述。電阻、電容、電源等的模型描述語句語句比較簡單，也比較容易理解，在SPICE基礎(chǔ)中已介紹，就不再重復(fù)了；二極管、雙極型晶體管的模型雖也做了些介紹，但不夠詳細(xì)，是本文介紹的重點(diǎn)，以便可以自己制作器件模型；場效應(yīng)管、數(shù)字器件的模型過于復(fù)雜，太專業(yè)，一般用戶自己難以制作模型，只做簡單介紹。元器件的模型非常重要

2、，是影響分析精度的重要因素之一。但模型中涉及太多圖表，特別是很多數(shù)學(xué)公式，都是在WORD下編輯后再轉(zhuǎn)為JEPG圖像文件的，很繁瑣和耗時(shí)，所以只能介紹重點(diǎn)。一、二極管模型：1.1 理想二極管的I-V特性：1.2  實(shí)際硅二極管的I-V特性曲線：折線1.3  DC大信號(hào)模型：1.4   電荷存儲(chǔ)特性：1.5  大信號(hào)模型的電荷存儲(chǔ)參數(shù)Qd：1.6  溫度模型：1.7  二極管模型參數(shù)表：二、雙極型晶體管BJT模型：2.1  Ebers-Moll靜態(tài)模型：電流注入模式和傳輸模式兩種2.1.1 電流注入

3、模式：2.1.2 傳輸模式：2.1.3 在不同的工作區(qū)域，極電流Ic Ie的工作范圍不同，電流方程也各不相同：2.1.4 Early效應(yīng)：基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)2.1.5 帶Rc、Re、Rb的傳輸靜態(tài)模型：正向參數(shù)和反向參數(shù)是相對(duì)的，基極接法不變，而發(fā)射極和集電極互換所對(duì)應(yīng)的兩種狀態(tài)，分別稱為正向狀態(tài)和反向狀態(tài)，與此對(duì)應(yīng)的參數(shù)就分別定義為正向參數(shù)和反向參數(shù)。2.2  Ebers-Moll大信號(hào)模型：2.3      Gummel-Pool靜態(tài)模型：2.4    Gummel-Pool大信號(hào)模型：拓?fù)浣Y(jié)

4、構(gòu)與Ebers-Moll大信號(hào)模型相同，非線性存儲(chǔ)元件電壓控制電容的方程也相同2.5    BJT晶體管模型總參數(shù)表： 三、 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管MOSFET模型：3.1 一級(jí)靜態(tài)模型：Shichman-Hodges模型3.2  二級(jí)靜態(tài)模型（大信號(hào)模型）：Meyer模型3.2.1  電荷存儲(chǔ)效應(yīng)：3.2.2  PN結(jié)電容：3.3  三級(jí)靜態(tài)模型：3.2  MOSFET模型參數(shù)表：一級(jí)模型理論上復(fù)雜，有效參數(shù)少，用于精度不高場合，迅速粗略估計(jì)電路二級(jí)模型可使用復(fù)雜程度不同的模型，計(jì)算

5、較多，常常不能收斂三級(jí)模型精度與二級(jí)模型相同，計(jì)算時(shí)間和重復(fù)次數(shù)少，某些參數(shù)計(jì)算比較復(fù)雜四級(jí)模型BSIM，適用于短溝道（<3um）的分析，Berkley在1987年提出四、結(jié)型場效應(yīng)晶體管JFET模型：基于Shichman-Hodges模型4.1  N溝道JFET靜態(tài)模型： 4.2  JFET大信號(hào)模型： 4.3  JFET模型參數(shù)表： 五、 GaAs MESFET模型：分兩級(jí)模型（肖特基結(jié)作柵極）GaAs MESFET模型參數(shù)表：六、 數(shù)字器件模型：6.1  標(biāo)準(zhǔn)門的模型語句：

6、 .MODEL <(model)name> UGATE 模型參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)門的延遲參數(shù)：6.2  三態(tài)門的模型語句： .MODEL <(model)name> UTGATE 模型參數(shù)三態(tài)門的延遲參數(shù)：6.3  邊沿觸發(fā)器的模型語句： .MODEL <(model)name> UEFF 模型參數(shù)邊沿觸發(fā)器參數(shù)：JKFF  nff  preb,clrb,clkb,j*,k*,g*,gb*        JK觸發(fā)器，后沿觸發(fā)DFF   nff

7、  preb,clrb,clk,d*,g*,gb*           D觸發(fā)器，前沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)器時(shí)間參數(shù)：6.4  鐘控觸發(fā)器的模型語句： .MODEL <(model)name> UGFF 模型參數(shù)鐘控觸發(fā)器參數(shù)：SRFF  nff  preb,clrb,gate,s*,r*,q*,qb*        SR觸發(fā)器，時(shí)鐘高電平觸發(fā)DLTCH  nff

8、  preb,clrb,gate,d*,g*,gb*         D觸發(fā)器，時(shí)鐘高電平觸發(fā)鐘控觸發(fā)器時(shí)間參數(shù)：6.5  可編程邏輯陣列器件的語句：U <name> <pld type> (<#inputs>,<#outputs>) <input_node>* <output_node>#+<(timing model)name> <(io_model)name> FILE=<(fi

9、le name) text value>+DATA=<radix flag>$ <program data>$MNTYMXDLY=<(delay select)value>+IOLEVEL=<(interface model level)value>        其中：<pld type>列表              <(

10、file name) text value>  JEDEC格式文件的名稱，含有陣列特定的編程數(shù)據(jù)                                        JEDEC文件指定

11、時(shí)，DATA語句數(shù)據(jù)可忽略              <radix flag>  是下列字母之一：B 二進(jìn)制    O 八進(jìn)制    X 十六進(jìn)制              <program data>  程序數(shù)據(jù)是一個(gè)數(shù)據(jù)序列，初始都

12、為0    PLD時(shí)間模型參數(shù)：七、 數(shù)字I/O接口子電路：數(shù)字電路與模擬電路連接的界面節(jié)點(diǎn)，SPICE自動(dòng)插入此子電路         子電路名（AtoDn和DtoAn）在I/O模型中定義，實(shí)現(xiàn)邏輯狀態(tài)與電壓、阻抗之間的轉(zhuǎn)換。7.1  N模型：數(shù)字輸入N模型將邏輯狀態(tài)（1  0  X  Z）轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電壓、阻抗。    數(shù)字模擬器的N模型語句：     

13、0;  N <name> <(interface)node> <(low level)node> <(high level)node> <(model)name>        +DGTLNET=<(digital net)name> <(digital IO model)name> IS=(initial state)    數(shù)字文件的N模型語句：    

14、60;   N <name> <(interface)node> <(low level)node> <(high level)node> <(model)name>        +SIGNAME=<(digital signal)name> IS=(initial state)    模型語句：  .MODEL <(model)name> DINPUT (模型參數(shù))模型參數(shù)表：7

15、.2  O模型：將模擬電壓轉(zhuǎn)換為邏輯狀態(tài)（1  0  X  Z），形成邏輯器件的輸入級(jí)。節(jié)點(diǎn)狀態(tài)由接口節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間的電壓值決定，將該電壓值與當(dāng)前電壓序列進(jìn)行比較，如果落在當(dāng)前電壓序列中，則新狀態(tài)與原狀態(tài)相同；如果不在當(dāng)前電壓序列中，則從S0NAME開始檢查，第一個(gè)含有該電壓值的電壓序列可確定為新狀態(tài)。如果沒有電壓序列包含這個(gè)電壓值，則新狀態(tài)為？（狀態(tài)未知）。  數(shù)字模擬器的O模型語句：      O <name> <(interface)node> <node

16、> <(model)name>       +DGTLNET=<(digital net)name> <(digital IO model)name>  數(shù)字文件的O模型語句：      O <name> <(interface)node> <node> <(model)name>      +SIGNAME=<(digital signal

17、)name>  模型語句：  .MODEL <(model)name> DOUTPUT (模型參數(shù))模型參數(shù)表：八、 數(shù)學(xué)宏模型：作為電路功能塊或?qū)嶒?yàn)儀器插入電路系統(tǒng)中，代替或模擬電路系統(tǒng)的部分功能，有24種8.1  電壓加法器： 8.2 電壓乘法器：8.3 電壓除法器：8.4  電壓平方：基本運(yùn)算方程：8.5 理想變壓器：8.6  電壓求平方根：方程 8.7  三角波/正弦波轉(zhuǎn)換器：三角波峰-峰值為2V，其中C=PI/28.8  電壓相移： 8.9 電壓積分器： 8.10 電

18、壓微分器：8.11 電壓絕對(duì)值：（略）8.12 電壓峰值探測器：（略）8.13 頻率乘法器：8.14 頻率除法器：8.15 頻率加法器/減法器：8.16 相位探測器：8.17 傳輸線：模擬信號(hào)延遲（略）8.18 施密特觸發(fā)器：為避免不收斂，不使用DC掃描，將模型中加入PWL源，產(chǎn)生緩變上升/下降斜波，與瞬態(tài)分析效果相同8.19 電壓取樣-保持電路：（略）8.20 脈沖寬度調(diào)制器：（略）8.21 電壓幅度調(diào)制器：（略）8.22 電壓對(duì)數(shù)放大器：（略）8.23 N次根提取電路： 8.24 拉氏變換：（略）九、系統(tǒng)方程宏模型：可作為功能塊代替某些未知的電路或不需要分析的電路，插入電路中，使電路系統(tǒng)的分析變得簡單明了。9.1  積分器子電路：作為求解微分方程組的基本運(yùn)算部件，可在10MHz下工作子電路描述文件：*