專(zhuān)利名稱(chēng)：一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路設(shè)計(jì)模擬仿真模型及軟件，特別涉及一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
目前，器件仿真模型在集成電路設(shè)計(jì)中具有在非常重要的作用，它可大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品的成品率、節(jié)省成本等等。同時(shí)高壓器件在集成電路產(chǎn)品中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，如液晶顯示器驅(qū)動(dòng)器(LCD Driver)等，但由于缺乏高效、簡(jiǎn)潔高壓器件模型，更沒(méi)有公認(rèn)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，已在普通晶體管上得到廣泛應(yīng)用的、傳統(tǒng)的BSIM3(Berkeleyshort channel insulated gate field effect transistor model)模型并不能很好地仿真高壓器件的性能，特別是其高壓下的性能，這對(duì)高壓集成電路的設(shè)計(jì)造成了非常的不便及重大損失。因此，高壓集成電路設(shè)計(jì)中對(duì)準(zhǔn)確、高效器件模型的要求就變得非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型及其應(yīng)用方法，可直接提取出對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體器件在高壓方面的模型，并可與普通的器件模型一樣被電路設(shè)計(jì)仿真軟件直接調(diào)用。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型，在低壓條件下的普通SPICE器件模型基礎(chǔ)上，在晶體管的漏極上串聯(lián)一個(gè)可隨電壓、溫度變化的可變電阻，以實(shí)現(xiàn)高壓區(qū)域柵極電壓對(duì)晶體管電流能力控制減弱效應(yīng)，增加一個(gè)電流控制電流源仿真高壓器件的離效應(yīng)；該電阻電阻值與加在該電阻上面的電壓的關(guān)系為R＝RO*(1+VC1*VR+VC2*VR*VR)*(1+VC3*Vbs+VC4*Vbs*Vbs)，其中RO是電壓為零時(shí)的電阻值，VC1、VC2、VC3、VC4是其電壓一級(jí)及二級(jí)系數(shù)，VR是電壓絕對(duì)值，Vbs是襯底與源極間的電壓絕對(duì)值；在晶體管漏極與源極間跨接一個(gè)電流控制電流源，以仿真高壓晶體管的離化效應(yīng)。
本發(fā)明還提出一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型應(yīng)用方法，將BSIM3模型與上述改進(jìn)的高壓器件仿真模型組合成高壓器件SPICE模型，然后調(diào)用為擬合實(shí)際測(cè)量值而調(diào)節(jié)的參數(shù)電阻RO，其電壓系數(shù)VC1、VC2、VC3、VC4，溫度系數(shù)TC1、TC2；其子電路為.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50uln＝2u；x2 drain dl電阻模型或子電路名；ml dl gate source sub晶體管模型名w＝wn l＝ln；.ends。
應(yīng)用本發(fā)明器件模型工程師在測(cè)量的高壓晶體管的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上可直接提取出對(duì)應(yīng)的高壓模型，并可被電路設(shè)計(jì)仿真軟件(如SPICE，即Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)直接調(diào)用，極大地提高了高壓模型使用的便利性、大大提高了集成電路設(shè)計(jì)工作的效率與準(zhǔn)確性，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期及降低成本。


圖1是具有離化現(xiàn)象的高壓晶體管電流與電壓性能；圖2是本發(fā)明改進(jìn)的晶體管示意圖；圖3是本發(fā)明改進(jìn)后的模型所仿真出的高壓晶體管電流電壓性能。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
高壓晶體管器件與普通晶體管器件的性能差別主要表現(xiàn)在，當(dāng)漏極工作于飽和電壓(Vdd)時(shí)，隨柵極電壓(Vgs)的增加，當(dāng)Vgs接近于Vdd時(shí)，晶體管的電流(Ids)增加明顯變得緩慢，即在高壓區(qū)柵壓Vgs對(duì)電流Ids的控制能力大大減弱。另外，高壓晶體管還容易產(chǎn)生與柵極電壓相關(guān)聯(lián)的離化現(xiàn)象，如圖1即是具有離化現(xiàn)象的高壓晶體管電流與電壓性能示意。
然而，傳統(tǒng)的BSIM3不能很好的仿真出這種柵壓對(duì)晶體管電流控制力在高壓區(qū)減弱弱的效應(yīng)以及與柵極電壓相關(guān)聯(lián)的離化現(xiàn)象。本發(fā)明即在傳統(tǒng)BSIM3通用模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)器件模型的參數(shù)、格式及其調(diào)用方法等作適當(dāng)改變，找到了一種直接實(shí)現(xiàn)高壓模型的方法，并且通過(guò)調(diào)節(jié)適當(dāng)參數(shù)的值，可使仿真結(jié)果與測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致。具體如下本發(fā)明首先建立一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型。
1、建立高壓晶體管在低壓條件下的普通SPICE器件模型。
2、在晶體管的漏極上增加一個(gè)可變電阻，利用漏極電阻的分壓作用，以實(shí)現(xiàn)在高壓區(qū)域柵極電壓對(duì)晶體管電流能力控制減弱效應(yīng)，其電阻與其電壓的關(guān)系為R＝RO*(1+VC1*VR+VC2*VR*VR)*(1+VC3*Vbs+VC4*Vbs*Vbs)其中RO是電壓為零時(shí)的電阻值，VC1、VC2、VC3、VC4是它的電壓一級(jí)及二級(jí)系數(shù)，VR是加在電阻上面的電壓絕對(duì)值，Vbs是襯底與源極間的電壓絕對(duì)值。
3、增加一個(gè)電流控制電流源(CCCS)以仿真高壓晶體管的與柵極電壓相關(guān)聯(lián)的離化現(xiàn)象。增加一個(gè)電流控制電流源仿真高壓器件的離效應(yīng)。
如圖2所示，為改進(jìn)后的高壓器件等效電路即本發(fā)明改進(jìn)的晶體管示意圖。
以下是一個(gè)按上述方法建立的高壓器件模型具體實(shí)施例.lib tt_hv.lib’./model_hv.lib’晶體管庫(kù)名.lib’./model_hv.lib’電阻庫(kù)名.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50u ln＝2ux2 drain dl電阻模型或子電路名ml dl gate source sub晶體管模型名w＝wn l＝ln.ends.endl tt-hv*****************************.LIB晶體管庫(kù)名.MODEL晶體管模型名NMOS+LEVEL＝53.ENDL晶體管庫(kù)名*******************************.LIB電阻庫(kù)名.subckt子電路名n1 n2
.param r0＝100 vc1＝2.66E-1 vc2＝le-2.ends子電路名.ENDL電阻庫(kù)名然后可以將BSIM3模型與上述本發(fā)明改進(jìn)的高壓器件仿真模型組合成高壓器件SPICE模型，在實(shí)際高壓晶體管特性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)其中為擬合實(shí)際測(cè)量值而調(diào)節(jié)的部分參數(shù)，如電阻RO、電壓系數(shù)VC1、VC2、VC3、VC4、溫度系數(shù)TC1、TC2等進(jìn)行優(yōu)化，利用漏極電阻的分壓作用，以及電流控制電流源的增流作用，可以實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)BSIM3模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高壓器件的行為特征，并獲得較好的擬合效果。
其子電路為.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50u ln＝2ux2 drain d1電阻模型或子電路名ml dl gate source sub晶體管模型名w＝wn l＝ln.ends子電路是用軟件作電路仿真時(shí)的一種網(wǎng)表形式，類(lèi)似于程序設(shè)計(jì)中的子程序，可被其它電路，如總電路或其它子電路調(diào)用。
綜上所述，應(yīng)用本發(fā)明建立的高壓器件仿真模型及應(yīng)用方法，器件模型工程師在測(cè)量的高壓晶體管的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上可直接提取出對(duì)應(yīng)的高壓模型，并可被電路設(shè)計(jì)仿真軟件(如高壓SPICE-HSPICE，SPECTRE)直接調(diào)用，極大地提高了高壓模型使用的便利性、大大提高了集成電路設(shè)計(jì)工作的效率與準(zhǔn)確性，縮小產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期及降低成本。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型，首先建立高壓晶體管在低壓條件下的普通SPICE器件模型，其特征在于，然后在所述晶體管的漏極上串聯(lián)一個(gè)可隨電壓、溫度變化的可變電阻，以實(shí)現(xiàn)高壓區(qū)域柵極電壓對(duì)晶體管電流能力控制減弱效應(yīng)，增加一個(gè)電流控制電流源仿真高壓器件的離效應(yīng)；該電阻電阻值與加在該電阻上面的電壓的關(guān)系為R＝RO*(1+VC1*VR+VC2*VR*VR)*(1+VC3*Vbs+VC4*Vbs*Vbs)，其中RO是電壓為零時(shí)的電阻值，VC1、VC2、VC3、VC4是其電壓一級(jí)及二級(jí)系數(shù)，VR是電壓絕對(duì)值，Vbs是襯底與源極間的電壓絕對(duì)值；在所述晶體管漏極與源極間跨接一個(gè)電流控制電流源，以仿真高壓晶體管的離化效應(yīng)。
2.一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型應(yīng)用方法，其特征在于，將BSIM3模型與權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的高壓器件仿真模型組合成高壓器件SPICE模型，該模型可調(diào)用為擬合實(shí)際測(cè)量值而調(diào)節(jié)的參數(shù)電阻RO，其電壓系數(shù)VC1、VC2、VC3、VC4，溫度系數(shù)TC1、TC2；其子電路為.subckt nch_hv drain gate source sub wn＝50u ln＝2ux2 drain d1電阻模型或子電路名ml d1 gat e source sub晶體管模型名w＝wn l＝ln.ends。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改進(jìn)的高壓器件仿真模型，在低壓條件下的普通SPICE器件模型基礎(chǔ)上，在晶體管的漏極上串聯(lián)一個(gè)可隨電壓、溫度變化的可變電阻，以實(shí)現(xiàn)高壓區(qū)域柵極電壓對(duì)晶體管電流能力控制減弱效應(yīng)，增加一個(gè)電流控制電流源仿真高壓器件的離效應(yīng)；該電阻電阻值與加在該電阻上面的電壓具有函數(shù)關(guān)系；在晶體管漏極與源極間跨接一個(gè)電流控制電流源，以仿真高壓晶體管的離化效應(yīng)。本發(fā)明還將BSIM3模型與上述改進(jìn)的高壓器件仿真模型組合成高壓器件SPICE模型，然后調(diào)用為擬合實(shí)際測(cè)量值而調(diào)節(jié)的參數(shù)電阻R0，其電壓系數(shù)VC1、VC2、VC3、VC4，溫度系數(shù)TC1、TC2等。本發(fā)明可提高高壓模型使用的便利性，提高集成電路設(shè)計(jì)工作效率與準(zhǔn)確性，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、降低成本。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1971569SQ20051011060
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者鄒小衛(wèi), 錢(qián)文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司