Uitgebreide gids voor halfgeleider apparaatmodellering in SPICE

Het SPICE (Simulatie Programma, Integrated Circuit Emphasis) elektronische simulatieprogramma voorziet schakelingselementen en modellen voor halfgeleiders. De SPICE elementnamen beginnen met d, q, j of m corresponderen met diode, BJT, JFET en MOSFET elementen, respectievelijk. Deze elementen worden vergezeld door corresponderende "modellen" Deze modellen hebben uitgebreide lijsten van parameters die het apparaat beschrijven. Hoewel we ze hier niet opsommen. In deze sectie bieden we een zeer korte opsomming van eenvoudige SPICE modellen voor halfgeleiders, net genoeg om te beginnen. Voor meer details over modellen en een uitgebreide lijst van modelparameters zie Kuphaldt.[TRK] Deze referentie geeft ook instructies over het gebruik van SPICE.

Diode

Diode: De diode-instructie begint met een diode-elementnaam die moet beginnen met "d" plus optionele karakters. Enkele voorbeelden van diode-elementnamen zijn: d1, d2, dtest, da, db, d101, etc. Twee knooppuntnummers specificeren de aansluiting van de anode en kathode, respectievelijk, aan andere componenten. De knooppuntnummers worden gevolgd door een modelnaam, die verwijst naar een ".model" instructie.

De modelinstructieregel begint met ".model", gevolgd door de modelnaam die overeenkomt met één of meer diode-instructies. Vervolgens volgt een "d" wat aangeeft dat een diode gemodelleerd wordt. De rest van de modelinstructie is een lijst van optionele diodeparameters van de vorm ParameterNaam=ParameterWaarde. Er zijn geen getoond in het onderstaande voorbeeld. Voor een lijst, zie referentie, "diodes".[TRK]

Algemene vorm: d[naam] [anode] [kathode] [model] .model [modelnaam] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] . . .) Voorbeeld: d1 1 2 mod1 .model mod1 d

Modellen voor specifieke diode typenummers worden vaak geleverd door de halfgeleiderdiodefabrikant. Deze modellen bevatten parameters. Anders vallen de parameters terug op de zogenaamde "standaardwaarden", zoals in het voorbeeld.

Bipolaire Knooppunttransistor (BJT)

BJT, bipolaire knooppunttransistor: Het BJT element statement begint met een elementnaam die moet beginnen met "q" met bijbehorende schakelingssymbool ontwerper karakters, voorbeeld: q1, q2, qa, qgood. De BJT knooppuntnummers (verbindingen) identificeren de bedrading van de collector, basis, emitter respectievelijk. Een modelnaam na de knooppuntnummers is geassocieerd met een modelstatement.

Algemene vorm: q[naam] [collector] [basis] [emitter] [model] .model [modelnaam] [npn of pnp] ([parmtr1=x] . . .) Voorbeeld: q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp Voorbeeld: q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

De modelstatement begint met ".model", gevolgd door de modelnaam, gevolgd door een van "npn" of "pnp". De optionele lijst met parameters volgt, en kan zich over een paar regels uitstrekken beginnende met lijnverlengsymbool "+", plus. Hierboven getoond is de voorwaartse β parameter ingesteld op 75 voor het hypothetische q2n090 model. Gedetailleerde transistormodellen zijn vaak beschikbaar van halfgeleiderfabrikanten.

Field Effect Transistor (FET)

FET, field effect transistor Het field effect transistor element statement begint met een elementnaam beginnend met "j" voor JFET geassocieerd met enige unieke karakters, voorbeeld: j101, j2b, jalpha, etc. De knooppuntnummers volgen voor de drain, gate en source terminalen, respectievelijk. De knooppuntnummers definiëren connectiviteit aan andere schakelingcomponenten. Ten slotte geeft een modelnaam aan welk JFET model te gebruiken.

Algemene vorm: j[naam] [drain] [gate] [source] [model] .model [modelnaam] [njf of pjf] ( [parmtr1=x] . . .) Voorbeeld: j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

De ".model" in de JFET modelstatement wordt gevolgd door de modelnaam om dit model te identificeren voor de JFET element statement(s) die het gebruiken. Na de modelnaam volgt ofwel pjf of njf voor p-kanaal of n-kanaal JFET's respectievelijk. Een lange lijst JFET parameters mag volgen. We tonen alleen hoe Vp, pinch-off spanning, in te stellen op -4,0 V voor een n-kanaal JFET model. Anders valt deze vto parameter terug op -2,5 V of 2,5V voor n-kanaal of p-kanaal apparaten, respectievelijk.

Metal Oxide Field Effect Transistor (MOSFET)

MOSFET, metal oxide field effect transistor De MOSFET elementnaam moet beginnen met "m", en is het eerste woord in de elementstatement. Daaraan volgen de vier knooppuntnummers voor de drain, gate, source en substraat, respectievelijk. Vervolgens de modelnaam. Let op dat de source en substraat beide verbonden zijn met hetzelfde knooppunt "0" in het voorbeeld. Discrete MOSFET's zijn verpakt als drie-terminal apparaten, de source en substraat zijn dezelfde fysieke terminal. Geïntegreerde MOSFET's zijn vier-terminal apparaten; het substraat is een vierde terminal. Geïntegreerde MOSFET's kunnen talloze apparaten delen die hetzelfde substraat delen, gescheiden van de sources. Hoewel de sources nog steeds verbonden kunnen zijn met het gemeenschappelijke substraat.

Algemene vorm: m[naam] [drain] [gate] [source] [substraat] [model] .model [modelnaam] [nmos of pmos] ( [parmtr1=x] . . . ) Voorbeeld: m1 2 3 0 0 mod1 m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

De MOSFET modelstatement begint met ".model" gevolgd door de modelnaam gevolgd door ofwel "pmos" of "nmos". Optionele MOSFET modelparameters volgen. De lijst met mogelijke parameters is lang. Zie Volume 5, "MOSFET" voor details. [TRK] MOSFET fabrikanten leveren gedetailleerde modellen. Anders zijn standaarden van kracht.

De absolute minimum halfgeleider SPICE informatie wordt in deze sectie geboden. De hier getoonde modellen laten simulatie van basis schakelingen toe. In het bijzonder rekenen deze modellen niet met hoge snelheid of hoge-frequentie werking. Simulaties worden getoond in Volume 5 Hoofdstuk 7, "SPICE gebruiken ...".

SAMENVATTING:

• Halfgeleiders kunnen computersimuleerd worden met SPICE.
• SPICE voorziet elementstatements en modellen voor de diode, BJT, JFET en MOSFET.