CN201110322042.3
2011.10.21
CN103064994A
2013.04.24
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有权
授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):G06F 17/50变更事项:申请人变更前权利人:上海华虹NEC电子有限公司变更后权利人:上海华虹宏力半导体制造有限公司变更事项:地址变更前权利人:201206 上海市浦东新区东川路1188号变更后权利人:201203 上海市浦东新区张江高科技园区祖冲之路1399号登记生效日:20140108|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20111021|||公开
G06F17/50
上海华虹NEC电子有限公司
王正楠
201206 上海市浦东新区东川路1188号
上海浦一知识产权代理有限公司 31211
王江富
本发明公开了一种二极管仿真电路模型,包括一正向二极管模型,还包括一电压控制电流源、一寄生电阻;电压控制电流源同所述寄生电阻串接在所述正向二极管模型的P端和N端之间;所述正向二极管模型,反向击穿电流为零;所述电压控制电流源,电流值为:本发明的二极管仿真电路模型,提高了二极管反向特性的模型精度和灵活性,在二极管的正向工作电流与反向击穿电流都能得到较好的对准精度。
权利要求书一种二极管仿真电路模型,其特征在于,包括一正向二极管模型、一电压控制电流源、一寄生电阻;所述电压控制电流源同所述寄生电阻串接在所述正向二极管模型的P端和N端之间;所述正向二极管模型,反向击穿电流为零;所述电压控制电流源,其电流值为:cur=jrev*exp(-(VA+Bvrev)nrev*k*t/q);]]>其中,cur为电压控制电流源电流值,jrev为反向击穿电流系数,Bvrev为反向击穿电压点,nrev为反向击穿电流的指数项修正系数,VA为电压控制电流源同寄生电阻连接点电压,t是环境温度,k是波尔兹曼常数,q为电荷常数。根据权利要求1所述的二极管仿真电路模型,其特征在于,所述正向二极管模型,正向工作电流为:id=ISeff*(eVdN*Vt-1);]]>其中,id是正向工作电流,ISeff是有效电流系数,Vd是外界偏置电压,N是电流指数项的修正系数,Vt是物理常数。根据权利要求1所述的二极管仿真电路模型,其特征在于,t为25℃。根据权利要求1所述的二极管仿真电路模型,其特征在于,Rx为40欧姆。根据权利要求1所述的二极管仿真电路模型,其特征在于,Bvrev为5.45V。根据权利要求1所述的二极管仿真电路模型,其特征在于,jrev为1E‑14。根据权利要求1所述的二极管仿真电路模型,其特征在于,nrev为0.55。
说明书二极管仿真电路模型 技术领域 本发明涉及半导体设计技术,特别涉及一种二极管仿真电路模型。 背景技术 HSPICE仿真器被公认为精确电路仿真领域的“黄金标准”,并可借助一流的仿真及分析算法提供经代工厂认证过的MOS器件模型仿真,是速度最快、最受信赖的电路仿真器之一。 在当今半导体设计业主流的HSPICE仿真器中,常规的二极管(diode)器件仿真模型的电流描述公式如下: 二极管正向工作电流id为: id = ISeff * ( e Vd N * Vt - 1 ) ]]>公式1; 二极管反向击穿电流id1为: id 1 = ISeff * ( e Vd N * Vt - 1 ) - ISeff * ( e - ( Vd + BVeff N * Vt ) - 1 ) ]]>公式2; 公式1及公式2中,ISeff是有效电流系数,Vd是外界偏置电压,N是电流指数项的修正系数,Vt是物理常数,Bveff是二极管的击穿电压。 从公式1及公式2中可以看出,仿真器中描述二极管的正向电流和反向击穿电流的指数项时都采用了相同的修正系数“N”,这是一种比较理想化的模型公式描述。但实际情况中,例如齐纳二极管(zener diode),测试得到的电流电压曲线如图1所示,图中点线代表的是实际测量得到的二极管电流电压曲线,而实线代表的是模型仿真得到的电流电压曲线,其中x轴为二极管两端扫描电压,y轴为测试电流,刻度为Log(A)。图左侧圈出部分为反向击穿电流模型拟合部分,右侧圈出部分为正向电流模型拟合部分,可以看到由于仿真器中模型公式的局限性,模型无法将两边电流斜率同时对准在对数坐标下,我们可以看到左侧击穿电流随反向电压急剧上升,右侧正向电流随正向电压增大,但左右两条曲线的斜率是不一样的,击穿电流的斜率要更加“陡峭”些。在模型拟合时,由于公式的限制,假设Iseff值固定,模型只能通过参数“N”来调整两者的斜率,结果势必为造成一些精度的牺牲。 发明内容 本发明要解决的技术问题是提供一种二极管仿真电路模型,提高了二极管反向特性的模型精度和灵活性,在二极管的正向工作电流与反向击穿电流都能得到较好的对准精度。 为解决上述技术问题,本发明的二极管仿真电路模型,包括一正向二极管模型,还包括一电压控制电流源、一寄生电阻; 所述电压控制电流源同所述寄生电阻串接在所述正向二极管模型的P端和N端之间; 所述正向二极管模型,反向击穿电流为零; 所述电压控制电流源,其电流值为: cur = jrev * exp ( - ( V A + Bvrev ) nrev * k * t / q ) ]]> 其中,cur为电压控制电流源电流值,jrev为反向击穿电流系数,Bvrev为反向击穿电压点,nrev为反向击穿电流的指数项修正系数,VA为电压控制电流源同寄生电阻连接点电压,t是环境温度,k是波尔兹曼常数,q为电荷常数。 所述正向二极管模型,正向工作电流为: id = ISeff * ( e Vd N * Vt - 1 ) ]]> 其中,id是正向工作电流,ISeff是有效电流系数,Vd是外界偏置电压,N是电流指数项的修正系数,Vt是物理常数。 本发明的二极管仿真电路模型,在正向二极管模型dio1之外添加虚拟器件电压控制电流源gdio及寄生电阻Rx,电压控制电流源gdio及寄生电阻Rx串接在正向二极管模型dio1的P端和N端之间,正向二极管模型dio1反向击穿电流为零,保证了正向二极管模型dio1对二极管的反向击穿电流的仿真不会起作用;所述电压控制电流源gdio,在进行二极管正向工作仿真的时候,电压控制电流源gdio的电流值cur接近于0,对二极管的正向工作电流仿真不会起作用,保证了正向二极管模型dio1对二极管的正向工作电流仿真正常发挥作用。本发明的二极管仿真电路模型,由于对二极管正向工作电流和反向击穿电流进行模拟的公式已经分开,两个公式中的指数项修正系数也已经分开,改变了常见二极管仿真电路模型的局限性。本发明的二极管仿真电路模型能通过对实测数据的拟合,得到最终精确的模型,提高了二极管反向特性的模型精度和灵活性。 附图说明 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 图1是现有的二极管仿真电路模型仿真得到的电流电压曲线同实际测量得到的二极管电流电压曲线的对比图; 图2是本发明的二极管仿真电路模型一实施方式示意图; 图3是本发明的二极管仿真电路模型仿真得到的电流电压曲线同实际测量得到的二极管电流电压曲线的对比图。 具体实施方式 本发明的二极管仿真电路模型一实施方式如图2所示,包括第一正向二极管模型dio1、一电压控制电流源gdio、一寄生电阻Rx,所述电压控制电流源gdio同所述寄生电阻Rx串接在所述正向二极管模型dio1的P端和N端之间; 所述正向二极管模型dio1,反向击穿电流为零,正向工作电流为: id = ISeff * ( e Vd N * Vt - 1 ) ]]>公式3; 其中,id是正向工作电流,ISeff是有效电流系数,Vd是外界偏置电压,N是电流指数项的修正系数,Vt是物理常数; 所述电压控制电流源gdio,其电流值为: cur = jrev * exp ( - ( V A + Bvrev ) nrev * k * t / q ) ]]>公式4; 其中,cur为电压控制电流源电流值,jrev为反向击穿电流系数,Bvrev为反向击穿电压点,nrev为反向击穿电流的指数项修正系数,VA为电压控制电流源gdio同寄生电阻Rx连接点A电压,t是环境温度,k是波尔兹曼常数,q为电荷常数。 一较佳实施例,t为25℃,Rx为40欧姆,Bvrev为5.45V,jrev为1E‑14,nrev为0.55。 本发明的二极管仿真电路模型,在正向二极管模型dio1之外添加虚拟器件电压控制电流源gdio及寄生电阻Rx,电压控制电流源gdio及寄生电阻Rx串接在正向二极管模型dio1的P端和N端之间,正向二极管模型dio1反向击穿电流为零,保证了正向二极管模型dio1对二极管的反向击穿电流的仿真不会起作用;所述电压控制电流源gdio,在进行二极管正向工作仿真的时候,电压控制电流源gdio的电流值cur接近于0,对二极管的正向工作电流仿真不会起作用,保证了正向二极管模型dio1对二极管的正向工作电流仿真正常发挥作用。本发明的二极管仿真电路模型,由于对二极管正向工作电流和反向击穿电流进行模拟的公式已经分开,两个公式中的指数项修正系数也已经分开,改变了常见二极管仿真电路模型的局限性。本发明的二极管仿真电路模型能通过对实测数据的拟合,得到最终精确的模型,提高了二极管反向特性的模型精度和灵活性。 所述电压控制电流源gdio,其电流值cur受反向击穿电流系数jrev、反向击穿电压点Bvrev、反向击穿电流的指数项修正系数nrev影响,反向击穿电流系数jrev、反向击穿电压点Bvrev、反向击穿电流的指数项修正系数nrev及寄生电阻Rx都是可以用于拟合的可以调整的参数,通过调整这些参数使二极管仿真电路模型和二极管实测数据进行拟合,能够得到一套能精确描述二极管特性的模型。采用本发明的二极管仿真电路模型对器件仿真同器件实测的对比图如图3所示,图中点线代表的是实际测量得到的二极管电流电压曲线,而实线代表的是本发明的二极管仿真电路模型仿真得到的电流电压曲线,可以看到本发明的二极管仿真电路模型在二极管的正向工作电流与反向击穿电流都能得到较好的对准精度。此外,本发明的二极管仿真电路模型由于添加了寄生电阻修正项,模型在反向击穿电流饱和区精度也得到了很大改善。
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本发明公开了一种二极管仿真电路模型,包括一正向二极管模型,还包括一电压控制电流源、一寄生电阻;电压控制电流源同所述寄生电阻串接在所述正向二极管模型的P端和N端之间;所述正向二极管模型,反向击穿电流为零;所述电压控制电流源,电流值为:本发明的二极管仿真电路模型,提高了二极管反向特性的模型精度和灵活性,在二极管的正向工作电流与反向击穿电流都能得到较好的对准精度。。
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