專利名稱：一種基于仿真的絕緣柵雙極型晶體管的電流特性測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓功率半導(dǎo)體器件的仿真領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種在注重集成電路仿真程序PSPICE中，高壓功率器件絕緣柵雙極型晶體管的電流測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
隨著電子電力技術(shù)的不斷發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件作為電子電力系統(tǒng)中能量控制和轉(zhuǎn)化的基本電子元器件，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。上世紀(jì)80年代出現(xiàn)的絕緣柵雙極型器件(絕緣柵雙極型晶體管)集高壓三極管(BJT)的大電流處理能力和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)柵極電壓控制特性于一身，具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小，電流驅(qū)動(dòng)能力大和導(dǎo)通阻抗低等優(yōu)點(diǎn)，是近乎理想的功率半導(dǎo)體器件，具有廣泛的發(fā)展和應(yīng)用前景。集成電路用器件模型是連接實(shí)際器件和電路仿真的橋梁。集成電路用器件的SPICE模型建立在基本元器件(如晶體管、絕緣柵雙極型晶體管、電阻、電容等)的工作機(jī)理和物理細(xì)節(jié)之上，可以用于SPICE仿真器，精確的在電路級(jí)、器件級(jí)仿真系統(tǒng)仿真器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作特性，驗(yàn)證系統(tǒng)的邏輯功能，進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的信號(hào)完整性分析。因此，SPICE模型在集成電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。注重集成電路仿真程序PSPICE是集成電路SPICE (Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis)仿真軟件中的一種,主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。注重集成電路仿真程序PSPICE具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，其中包括能夠支持AA (Advanced Analysis)分析的圖形化的絕緣柵雙極型晶體管模型。注重集成電路仿真程序PSPICE中的絕緣柵雙極型晶體管模型電流特性方面可以提取的模型參數(shù)主要有參數(shù)VT0,參數(shù)KP,參數(shù)RD,參數(shù)RS,但這并不能夠很精確的模擬實(shí)際絕緣柵雙極型晶體管器件的特性，因此，為了精確仿真電路及絕緣柵雙極型晶體管的電學(xué)特性，需要對(duì)注重集成電路仿真程序PSPICE中的絕緣柵雙極型晶體管模型進(jìn)行修正。本發(fā)明介紹了一種在注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的方法，改進(jìn)后的絕緣柵雙極型晶體管的模型與注重集成電路仿真程序PSPICE中原始的絕緣柵雙極型晶體管模型相比，導(dǎo)通特性及輸出特性的精度得到明顯的提高。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明提供一種基于仿真的絕緣柵雙極型晶體管的電流特性測(cè)定方法，該方法簡(jiǎn)單有效，可以解決注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管仿真實(shí)際導(dǎo)通特性，實(shí)際輸出特性精度不高的問(wèn)題。技術(shù)方案:為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:步驟:步驟10)從絕緣柵雙極型晶 體管的說(shuō)明書(shū)中，獲取絕緣柵雙極型晶體管的測(cè)試導(dǎo)通特性和測(cè)試輸出特性，
步驟20)將注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極和集電極分別接直流電源，柵極所接直流電源的輸出電壓及集電極所接直流電源的輸出電壓分別等于測(cè)試導(dǎo)通特性中的柵極電壓和集電極電壓，建立注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，步驟201)分別從注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型中，獲取絕緣柵雙極型晶體管模型的參數(shù)VT0、參數(shù)KP、參數(shù)RD及參數(shù)RS的初值，步驟202)利用注重集成電路仿真程序PSPICE仿真得到說(shuō)明書(shū)測(cè)試條件下的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，步驟203)如果測(cè)試導(dǎo)通特性和仿真的實(shí)際導(dǎo)通特性之間的誤差小于門限40%，則進(jìn)入步驟30)，否則，進(jìn)入步驟204)，步驟204)令 VTO值=VTO值+0.0IV，KP 值=KP 值+0.01cm2/vs，RD 值=RD 值+0.01 Ω，RS值=RS值+0.01 Ω，并返回步驟202)，步驟30)建立實(shí)際集電極電壓與修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步驟301)針對(duì)測(cè)試導(dǎo)通特性，實(shí)際集電極電壓從OV開(kāi)始，每隔0.5V，查找相對(duì)應(yīng)集電極電壓下的測(cè)試導(dǎo)通特性中的測(cè)試電流值，步驟302)針對(duì)實(shí)際導(dǎo)通特性，根據(jù)步驟301)查找到的測(cè)試電流值，在實(shí)際導(dǎo)通特性中找到所述測(cè)試電流值所對(duì)應(yīng)的一次集電極電壓，用所述一次集電極電壓減去所對(duì)應(yīng)的實(shí)際集電極電壓得到二次集電極電壓，所述二次集電極電壓記為修正集電極電壓，建立實(shí)際集電極電壓和修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步驟40)按照步驟302)建立的實(shí)際集電極電壓和修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用MATLAB仿真軟件中的多項(xiàng)式擬合函數(shù)polyfit，輸入3個(gè)參數(shù)，分別為實(shí)際集電極電壓、修正集電極電壓、階數(shù)3，運(yùn)算得到4個(gè)修正集電極電壓系數(shù)，步驟50)仿真建立一次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，步驟501)利用注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的電壓控制電壓源，這個(gè)電壓控制電壓源記為第一電壓控制電壓源，將集電極所接直流電源從絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極上撤下，并將撤下的集電極所接直流電源的輸出端接至第一電壓控制電壓源的正極輸入端和第一電壓控制電壓源的負(fù)極輸出端，再將第一電壓控制電壓源的正極輸出端接至絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極，得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，步驟502)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，打開(kāi)第一電壓控制電壓源的屬性，在系數(shù)一欄填入步驟40)得到的4個(gè)修正集電極電壓系數(shù)，仿真得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，步驟60)建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步驟601)針對(duì)步驟10)所述的測(cè)試輸出特性，依次找到各柵極電壓下對(duì)應(yīng)的器件測(cè)試飽和電流，步驟602)根據(jù)步驟501)建立的一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，仿真得到絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性，步驟603)根據(jù)步驟601)查找得到的測(cè)試飽和電流，在步驟602)仿真得到的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性曲線中查找所述測(cè)試飽和電流所對(duì)應(yīng)的一次柵極電壓，用所述一次柵極電壓減去所對(duì)應(yīng)的實(shí)際柵極電壓得到二次柵極電壓，所述二次柵極電壓記做修正柵極電壓，建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步驟70)按照步驟603)建立的實(shí)際柵極電壓和修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用MATLAB仿真軟件中的多項(xiàng)式擬合函數(shù)polyf it，輸入3個(gè)參數(shù)，分別為實(shí)際柵極電壓、修正柵極電壓、階數(shù)3，運(yùn)算得到4個(gè)修正柵極電壓系數(shù)，步驟80)仿真建立二次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際輸出特性，步驟801)利用注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的電壓控制電壓源，這個(gè)電壓控制電壓源記為第二電壓控制電壓源，根據(jù)步驟501)得到的一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，將柵極所接直流電源從絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極上撤下，并將撤下的柵極所接直流電源的輸出端接至第二電壓控制電壓源的正極輸入端和第二電壓控制電壓源的負(fù)極輸出端，再將第二電壓控制電壓源的正極輸出端接至絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極，得到二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，步驟802)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，打開(kāi)第二電壓控制電壓源的屬性，在系數(shù)一欄填入步驟70)得到的4個(gè)修正柵極電壓系數(shù)，仿真得到二次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際輸出特性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)、本發(fā)明基于注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型，并在內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的基礎(chǔ)上加入注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的第一電壓控制電壓源、第二電壓控制電壓源，修改第一電壓控制電壓源、第二電壓控制電壓源的屬性，分別對(duì)集電極電壓和柵極電壓進(jìn)行修正，修正后絕緣柵雙極型晶體管的電流特性精度有了很大的提高，飽和區(qū)電流精度提高20%以上。二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路圖參見(jiàn)附圖4。圖5分別顯示了注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的實(shí)際導(dǎo)通特性、二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際導(dǎo)通特性、測(cè)試導(dǎo)通特性，測(cè)試導(dǎo)通特性基于ABB公司的型號(hào)為5SNA0600G650100的絕緣柵雙極型晶體管的說(shuō)明書(shū)，從圖中可以看出，注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極電流隨著集電極電壓的上升幾乎是成線性變化的，調(diào)節(jié)參數(shù)KP、參數(shù)RD、參數(shù)RS的值只能改變上升的斜率，注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的誤差比較大，而增加第一電壓控制電壓源、第二電壓控制電壓源的絕緣柵雙極型晶體管模型能夠比較精確的擬合測(cè)試導(dǎo)通特性集電極電流隨著集電極電壓的增大上升越來(lái)越快的這一特性。圖6、圖7、圖8分別顯示了注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的實(shí)際輸出特性，二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際輸出特性、測(cè)試輸出特性，從圖中可以看出，注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型在柵極電壓分別為9V，11V，13V時(shí)的實(shí)際飽和電流很難整體擬合相對(duì)應(yīng)條件下的測(cè)試飽和電流，在實(shí)際柵極電壓為13V時(shí)，注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真的實(shí)際飽和電流為1161A，測(cè)試飽和電流為1110A ；在實(shí)際柵極電壓為IlV時(shí)，注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真的實(shí)際飽和電流為621A，測(cè)試飽和電流為360A ;在實(shí)際柵極電壓為9V時(shí)，注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真的實(shí)際飽和電流為136A，測(cè)試飽和電流為60A。而增加第一電壓控制電壓源、第二電壓控制電壓源的絕緣柵雙極型晶體管模型對(duì)每個(gè)實(shí)際柵極電壓進(jìn)行了不同程度的修正，在實(shí)際柵極電壓為13V時(shí)，二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際飽和電流為1103A ;在實(shí)際柵極電壓為IlV時(shí)，二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際飽和電流為358A;在實(shí)際柵極電壓為9V時(shí)，二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際飽和電流為51A，和測(cè)試飽和電流結(jié)果比較接近。(2)、此修正方法具有通用性，不同型號(hào)的絕緣柵雙極型晶體管具有不同的測(cè)試導(dǎo)通特性，測(cè)試輸出特性，可以通過(guò)所述的修正方法獲得各自不同的第一電壓控制電壓源，第二電壓控制電壓源的系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同型號(hào)的絕緣柵雙極型晶體管的電流特性的擬合。(3)、注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型在增加第一電壓控制電壓源，第二電壓控制電壓源后，仍能夠支持AA分析。


圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路圖。圖3為增加第一電壓控制電壓源E1，得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路圖。圖4為本發(fā)明增加第一電壓控制電壓源El，第二電壓控制電壓源E2，得到二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路圖。圖5為注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型仿真得到的實(shí)際導(dǎo)通特性、二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際導(dǎo)通特性、測(cè)試導(dǎo)通特性。圖6為注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型仿真得到的的實(shí)際輸出特性。圖7為二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路仿真得到的實(shí)際輸出特性。圖8為測(cè)試輸出特性。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，本發(fā)明的一種基于仿真的絕緣柵雙極型晶體管的電流特性測(cè)定方法，包括以下步驟:步驟10)從ABB公司的型號(hào)為5SNA0600G650100的絕緣柵雙極型晶體管的說(shuō)明書(shū)中，獲取絕緣柵雙極型晶體管的測(cè)試導(dǎo)通特性和測(cè)試輸出特性，步驟20)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，調(diào)用軟件內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型，建立如圖2所示的仿真電路，將注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極和集電極分別接直流電源，在柵極加載V1=15V的固定電壓，在集電極加載范圍為O — 6V，步長(zhǎng)為0.1V的電壓V2，
步驟201)分別從注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型中，獲取絕緣柵雙極型晶體管模型的參數(shù)VTO的初值為4.2V、參數(shù)KP的初值為0.34cm2/vs、參數(shù)RD的初值為0.03 Ω、參數(shù)RS的初值為0.02 Ω，步驟202)利用注重集成電路仿真程序PSPICE仿真得到絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，步驟203)仿真的實(shí)際導(dǎo)通特性和測(cè)試導(dǎo)通特性之間的誤差大于門限40%，步驟204)令 VTO值=VTO值+0.0IV，KP 值=KP 值+0.01cm2/vs，RD 值=RD 值+0.01 Ω，RS值=RS值+0.01 Ω，并返回步驟202)，再次仿真得到絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，經(jīng)過(guò)循環(huán)，最終得到參數(shù)VTO值為7.4V，參數(shù)KP值為0.85cm2/vs,參數(shù)RD值為0.08 Ω，參數(shù)RS值為0.02 Ω，步驟30)建立實(shí)際集電極電壓與修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步驟301)針對(duì)測(cè)試導(dǎo)通特性，實(shí)際集電極電壓從OV開(kāi)始，每隔0.5V，查找相對(duì)應(yīng)集電極電壓下的測(cè)試導(dǎo)通特性中的測(cè)試電流值，得到實(shí)際集電極電壓為OV時(shí)，測(cè)試電流為0A，實(shí)際集電極電壓為0.5V時(shí)，測(cè)試電流為0.0003A，實(shí)際集電極電壓為1.0V時(shí)，測(cè)試電流為1A，實(shí)際集電極電壓為1.5V時(shí)，測(cè)試電流為30A，實(shí)際集電極電壓為2.0V時(shí)，測(cè)試電流為55A，實(shí)際集電極電壓為2.5V時(shí)，測(cè)試電流為125A，實(shí)際集電極電壓為3.0V時(shí)，測(cè)試電流為240A，實(shí)際集電極電壓為3.5V時(shí)，測(cè)試電流為380A，實(shí)際集電極電壓為4.0V時(shí)，測(cè)試電流為535A，實(shí)際集電極電壓為4.5V時(shí)，測(cè)試電流為710A，實(shí)際集電極電壓為5.0V時(shí)，測(cè)試電流為900A，實(shí)際集電極電壓為5.5V時(shí)，測(cè)試電流為1100A，實(shí)際集電極電壓為6.0V時(shí)，測(cè)試電流為1340A，步驟302)針對(duì)實(shí)際導(dǎo)通特性，根據(jù)步驟301)查找到的測(cè)試電流值，在實(shí)際導(dǎo)通特性中找到所述測(cè)試電流值所對(duì)應(yīng)的第一集電極電壓，用所述一次集電極電壓減去所對(duì)應(yīng)的實(shí)際集電極電壓得到二次集電極電壓，所述二次集電極電壓記為修正集電極電壓，建立實(shí)際集電極電壓和修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到實(shí)際集電極電壓為OV時(shí)，修正集電極電壓為0V，實(shí)際集電極電壓為0.5V時(shí)，修正集電極電壓為0V，實(shí)際集電極電壓為1.0V時(shí)，修正集電極電壓為-0.03V,實(shí)際集電極電壓為1.5V時(shí)，修正集電極電壓為-0.05V,實(shí)際集電極電壓為2.0V時(shí)，修正集電極電壓為-0.15V，實(shí)際集電極電壓為2.5V時(shí)，修正集電極電壓為-0.05V,實(shí)際集電極電壓為3.0V時(shí)，修正集電極電壓為0.44V，實(shí)際集電極電壓為3.5V時(shí)，修正集電極電壓為1.15V，實(shí)際集電極電壓為4.0V時(shí)，修正集電極電壓為2.05V,實(shí)際集電極電壓為4.5V時(shí)，修正集電極電壓為3V，實(shí)際集電極電壓為5.0V時(shí)，修正集電極電壓為
4.1V，實(shí)際集電極電壓為5.5V時(shí)，修正集電極電壓為5.35V，實(shí)際集電極電壓為6.0V時(shí)，修正集電極電壓為6.2V,步驟40)按照步驟302)建立的實(shí)際集電極電壓和修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用MATLAB仿真軟件中的多項(xiàng)式擬合函數(shù)polyf it，輸入3個(gè)參數(shù)，分別為實(shí)際集電極電壓、修正集電極電壓、階數(shù)3，運(yùn)算得到4個(gè)修正集電極電壓系數(shù)，分別為0、0.6891、-0.1113、
0.0612,步驟50)仿真建立一次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，步驟501)利用注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的電壓控制電壓源，如圖3所示，在圖2的基礎(chǔ)上增加第一電壓控制電壓源EI，將集電極所接直流電源從絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極上撤下，并將撤下的集電極所接直流電源的輸出端接至第一電壓控制電壓源El的正極輸入端和第一電壓控制電壓源的負(fù)極輸出端，再將第一電壓控制電壓源El的正極輸出端接至絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極，得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，步驟502)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，打開(kāi)第一電壓控制電壓源El的屬性，在系數(shù)一欄填入步驟40)得到的4個(gè)修正集電極電壓系數(shù)，仿真得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性，步驟60)建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步驟601)針對(duì)步驟10)所述的測(cè)試輸出特性，依次找到各柵極電壓下對(duì)應(yīng)的器件測(cè)試飽和電流，得到實(shí)際柵極電壓為9V時(shí)，測(cè)試飽和電流為60A，實(shí)際柵極電壓為IIV時(shí)，測(cè)試飽和電流為360A，實(shí)際柵極電壓為13V時(shí)，測(cè)試飽和電流為1110A，步驟602)根據(jù)步驟501)建立的一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，仿真得到絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性，絕緣柵雙極型晶體管的集電極加載固定的電壓V2=20V，柵極加載范圍為O — 15V，步長(zhǎng)為0.1V的電壓VI，步驟603)根據(jù)步驟601)查找得到的測(cè)試飽和電流，在步驟602)仿真得到的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性曲線中查找所述測(cè)試飽和電流所對(duì)應(yīng)的一次柵極電壓，用所述一次柵極電壓減去所對(duì)應(yīng)的實(shí)際柵極電壓得到二次柵極電壓，所述二次柵極電壓記做修正柵極電壓，建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到實(shí)際柵極電壓為9V時(shí)，修正柵極電壓為-1.2V，實(shí)際柵極電壓為IlV時(shí)，修正柵極電壓為-2.7V，實(shí)際柵極電壓為13V時(shí)，修正柵極電壓為-0.2V,步驟70)按照步驟603)建立的實(shí)際柵極電壓和修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用MATLAB仿真軟件中的多項(xiàng)式擬合函數(shù)polyf it，輸入3個(gè)參數(shù)，分別為實(shí)際柵極電壓、修正柵極電壓、階數(shù)3，運(yùn)算得到4個(gè)修正柵極電壓系數(shù)分別為0、2.7693、-0.3805,0.0187，步驟80)仿真建立二次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際輸出特性，步驟801)利用注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的電壓控制電壓源，如圖4所示，在圖3的基礎(chǔ)上增加第二電壓控制電壓源E2，根據(jù)步驟501)得到的一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，將柵極所接直流電源從絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極上撤下，并將撤下的柵極所接直流電源的輸出端接至第二電壓控制電壓源E2的正極輸入端和第二電壓控制電壓源E2的負(fù)極輸出端，再將第二電壓控制電壓源E2的正極輸出端接至絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極，得到二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，在E2的輸入端加載范圍為9一 13V，步長(zhǎng)為2V的電壓VI，同時(shí)在El的輸入端加載范圍為O — 6V，步長(zhǎng)為0.1V的電壓V2，步驟802)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，打開(kāi)第二電壓控制電壓源的屬性，在系數(shù)一欄填入步驟70)得到的4個(gè)修正柵極電壓系數(shù)，仿真得到二次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際輸出特性。
權(quán)利要求
1.一種基于仿真的絕緣柵雙極型晶體管的電流特性測(cè)定方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟10)從絕緣柵雙極型晶體管的說(shuō)明書(shū)中，獲取絕緣柵雙極型晶體管的測(cè)試導(dǎo)通特性和測(cè)試輸出特性，所述測(cè)試導(dǎo)通特性為絕緣柵雙極型晶體管的柵極接固定電壓，所加的這個(gè)固定電壓大于器件的閾值電壓，從低到高掃描集電極電壓得到的一組集電極電壓對(duì)應(yīng)集電極電流的關(guān)系曲線，所述測(cè)試輸出特性為絕緣柵雙極型晶體管的柵極電壓從低于閾值電壓變化到高于閾值電壓的過(guò)程中，在對(duì)應(yīng)的每個(gè)柵極電壓下，從低到高掃描集電極電壓得到的一組集電極電壓對(duì)應(yīng)集電極電流的關(guān)系曲線， 步驟20)將注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極和集電極分別接直流電源，柵極所接直流電源的輸出電壓及集電極所接直流電源的輸出電壓分別等于測(cè)試導(dǎo)通特性中的柵極電壓和集電極電壓，建立注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路， 步驟201)分別從注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型中，獲取絕緣柵雙極型晶體管模型的參數(shù)VTO、參數(shù)KP、參數(shù)RD及參數(shù)RS的初值， 步驟202)利用注重集成電路仿真程序PSPICE仿真得到說(shuō)明書(shū)測(cè)試條件下的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性， 步驟203)如果測(cè)試導(dǎo)通特性和仿真的實(shí)際導(dǎo)通特性之間的誤差小于門限40%，則進(jìn)入步驟30)，否則，進(jìn)入步驟204)，步驟 204)令 VTO 值=VTO 值 +0.01V, KP 值=KP 值 +0.01cm2/vs, RD 值=RD 值 +0.01 Ω，RS值=RS值+0.01 Ω，其中，V為參數(shù)VTO的單位，cm2/vs為參數(shù)KP的單位，Ω為參數(shù)RD及參數(shù)RS的單位，并返回步驟202)， 步驟30)建立實(shí)際集電極電壓與修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 步驟301)針對(duì)測(cè)試導(dǎo)通特性，實(shí)際集電極電壓從OV開(kāi)始，每隔0.5V，查找相對(duì)應(yīng)集電極電壓下的測(cè)試導(dǎo)通特性中的測(cè)試電流值， 步驟302)針對(duì)實(shí)際導(dǎo)通特性，根據(jù)步驟301)查找到的測(cè)試電流值，在實(shí)際導(dǎo)通特性中找到所述測(cè)試電流值所對(duì)應(yīng)的一次集電極電壓，用所述一次集電極電壓減去所對(duì)應(yīng)的實(shí)際集電極電壓得到二次集電極電壓，所述二次集電極電壓記為修正集電極電壓，建立實(shí)際集電極電壓和修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 步驟40)按照步驟302)建立的實(shí)際集電極電壓和修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用MATLAB仿真軟件中的多項(xiàng)式擬合函數(shù)polyfit，輸入3個(gè)參數(shù)，分別為實(shí)際集電極電壓、修正集電極電壓、階數(shù)3，運(yùn)算得到4個(gè)修正集電極電壓系數(shù)， 步驟50)仿真建立一次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性， 步驟501)利用注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的電壓控制電壓源，這個(gè)電壓控制電壓源記為第一電壓控制電壓源，將集電極所接直流電源從絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極上撤下，并將撤下的集電極所接直流電源的輸出端接至第一電壓控制電壓源的正極輸入端和第一電壓控制電壓源的負(fù)極輸出端，再將第一電壓控制電壓源的正極輸出端接至絕緣柵雙極型晶體管模型的集電極，得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路， 步驟502)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，打開(kāi)第一電壓控制電壓源的屬性，在系數(shù)一欄填入步驟40)得到的4個(gè)修正集電極電壓系數(shù)，仿真得到一次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際導(dǎo)通特性， 步驟60)建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 步驟601)針對(duì)步驟10)所述的測(cè)試輸出特性，依次找到各柵極電壓下對(duì)應(yīng)的器件測(cè)試飽和電流， 步驟602)根據(jù)步驟501)建立的一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，仿真得到絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性，所述實(shí)際轉(zhuǎn)移特性為絕緣柵雙極型晶體管的集電極接固定的電壓，從低到高掃描柵極電壓得到的柵極電壓對(duì)應(yīng)集電極電流的關(guān)系曲線， 步驟603)根據(jù)步驟601)查找得到的測(cè)試飽和電流，在步驟602)仿真得到的實(shí)際轉(zhuǎn)移特性曲線中查找所述測(cè)試飽和電流所對(duì)應(yīng)的一次柵極電壓，用所述一次柵極電壓減去所對(duì)應(yīng)的實(shí)際柵極電壓得到二次柵極電壓，所述二次柵極電壓記做修正柵極電壓，建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 步驟70)按照步驟603)建立的實(shí)際柵極電壓和修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用MATLAB仿真軟件中的多項(xiàng)式擬合函數(shù)polyfit，輸入3個(gè)參數(shù)，分別為實(shí)際柵極電壓、修正柵極電壓、階數(shù)3，運(yùn)算得到4個(gè)修正柵極電壓系數(shù)， 步驟80)仿真建立二次修正的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際輸出特性， 步驟801)利用注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的電壓控制電壓源，這個(gè)電壓控制電壓源記為第二電壓控制電壓源，根據(jù)步驟501)得到的一次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路，將柵極所接直流電源從絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極上撤下，并將撤下的柵極所接直流電源的輸出端接至第二電壓控制電壓源的正極輸入端和第二電壓控制電壓源的負(fù)極輸出端，再將第二電壓控制電壓源的正極輸出端接至絕緣柵雙極型晶體管模型的柵極，得到二次修正的絕緣柵雙極型晶體管模型的仿真電路， 步驟802)在注重集成電路仿真程序PSPICE中，打開(kāi)第二電壓控制電壓源的屬性，在系數(shù)一欄填入步驟70)得到的4個(gè)修正柵極電壓系數(shù)，仿真得到二次修正后的絕緣柵雙極型晶體管的實(shí)際輸出特性。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于仿真的絕緣柵雙極型晶體管的電流特性測(cè)定方法，包括以下步驟步驟10)獲取絕緣柵雙極型晶體管的測(cè)試導(dǎo)通特性和測(cè)試輸出特性；步驟20)建立仿真程序內(nèi)部集成模型的仿真電路；步驟30)建立實(shí)際集電極電壓與修正集電極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟40)得到實(shí)際集電極電壓與修正集電極電壓的修正系數(shù)；步驟50)仿真建立一次修正的實(shí)際導(dǎo)通特性；步驟60)建立實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟70)得到實(shí)際柵極電壓與修正柵極電壓的修正系數(shù)；步驟80)仿真建立二次修正的實(shí)際輸出特性。該方法可以解決注重集成電路仿真程序PSPICE內(nèi)部集成的絕緣柵雙極型晶體管模型的電流特性精確度不高的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01R31/02GK103105571SQ201310025968
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者劉斯揚(yáng), 黃棟, 朱榮霞, 張春偉, 宋慧濱, 孫偉鋒, 陸生禮, 時(shí)龍興 申請(qǐng)人:東南大學(xué)