第五章集成电路设计技术与工具.ppt

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工作区 CGB1 CGS1 CGD1 截止区 COXWLeff 0 0 非饱和区 0 COXWLeff/2 COXWLeff/2 饱和区 0 (2/3)COXWLeff 0 不同工作区的栅电容 5)串联电阻的影响 漏区和源区串联电阻的存在使加在漏源区的有效电压会小于加在外部端口处的电压,会影响MOS管的电学特性。MOS1模型中引入了电阻rD和rS分别表示漏区和源区的串联电阻,其值可以在模型语句.MODEL中给定,也可通过MOS管的NRD和NRS来确定 。 5.5.3、短沟道MOS管的BSIM SPICE模型 BSIM3是基于准二维分析的物理模型,着重探讨和解决涉及器件工作的物理机制,并考虑了器件尺寸和工艺参数的影响,力求使每个模型参数与器件特性的关系可以预测。BSIM3大约有120个参数,每一个都有其物理意义。在整个工作区域内,漏电流及其一阶导数都是连续的,这对解决电路仿真中的收敛问题很有帮助。在Hspice或SmartSpice仿真软件中,BSIM3模型的V3.1版本对应于Level 49,模型中考虑的主要效应包括以下几个方面。 (1)短沟和窄沟对阈值电压的影响; (2)横向和纵向的非均匀掺杂; (3)垂直场引起的载流子迁移率下降 (4)体效应; (5)载流子速度饱和效应; (6)漏感应引起位垒下降; (7)沟道长度调制效应; (8)衬底电流引起的体效应, (9)次开启导电问题; (10)漏/源寄生电阻。 5.6 模型参数提取技术 实际电路分析中用到的一般都是元件的等效电路模型。由于集成电路元件主要是由半导体器件组成的,因此,这些等效电路模型又都是以物理模型为基础的。 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。 2)等效电路模型 半导体器件的等效电路模型是在特定的工作条 件下,把器件的物理模型用一组理想元件代 替,用这些理想元件的支路方程表示器件的物 理模型。一般说,同一个半导体器件在不同的 工作条件下,将有不同的等效电路模型。例如 一个器件的直流模型、交流小信号模型、交流 大信号模型以及瞬态模型等是各不相同的。 5.6.1、模型参数提取方法 模型参数的确定大致分三类。 第一类是用仪器直接测量。这种方法物理概念明确,某些参数测量的精度较高,但所需的仪器较多,工作量比较大。 第二类是从工艺参数获得模型参数。该方法的缺点是模型参数误差较大。 第三类是模型参数的计算机优化提取。 5.6.2、参数提取的基本原理 参数提取的任务是要从一组器件测量特性中得到与器件模型相对应的一套模型参数值。其办法是先给出一组模型参数初始值,代入器件模型公式得到一组模拟结果;然后比较模拟结果与测量特性,如两者不一致,就修改参数值,直到模拟结果能与测量特性很好地拟合。由于器件特性是非线性的,因而参数提取是一个非线性拟合问题,也是一个不断迭代改进约优化问题。在数学上,上述问题可归结为最小二乘法的曲线拟和。 图5.24 模型参数优化提取流程 5.7 本章小结 无源器件与有源器件一起构成了集成电路设计的基础,而器件的模型则是仿真验证集成电路设计的依据。因此,本章介绍了最基本的集成无源元件电阻、电容和电感以及二极管、双极型晶体管和MOS场效应晶体管三大类集成有源器件的SPICE模型,并简要介绍了晶体管模型参数提取的原理和方法。 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。 * 5.2.2.2金属叉指结构电容 叉指结构电容的优点是不需额外的工艺,其电容值有望做到pF量级。 5.2.2.3 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。 所有的PN结电容都是非线性的,电容值是两端电压的函数。 在大信号线性放大器中,PN结电容的非线性会引起电路的非线性失真。 任何PN结都有漏电流和从结面到金属连线的体电阻,因而,结电容的品质因数通常比较低。 结电容的参数可以采用二极管和晶体管结电容同样的方法进行计算,其SPICE模型直接运用相关二

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