杭 州 电 子 工 业 学 院 学 报JOURNAL OFHANGZHOU INSTITUTE OF 第 21 卷第 6 期Vol. 21, No. 5 2001 年12 月ELECTRONIC ENGINEERINGDec. 2001 二极管 SPICE 模型参数的软件提取曾 毓, 陈显萼, 胡建萍(杭州 电子工业学院电子信息分院, 浙江 杭州 310037)收稿日 期: 2001- 11- 01作者简介: 曾毓(1979- ) , 男, 江西宁都人, 2001 届本科毕业生, 电子工程.摘要: 本文主要介绍了 二极管的 SPICE 基本模型及其模型参数的优 化提取方法, 简 要设计并实 现了 Windows 平台下的一个二极管 SPICE 模型参数优化提取软件。 软件提取的流 程基于 Levenberg-Marquardt 法和牛顿法等优化提取算法。关键词: SPICE 模型; 参数提取; 优化算法中图分类号:TP23文 献标识码: A文章编号: 1001- 9146(2001) 06- 0033- 060 引 言为了进行电路模拟, 必须先建立电路各元器件的模型; 一个理想的元器件模型, 应该即能正确反映元器件的电学特性又适宜在计算机上进行数值求解。
而电路模拟的精度除了 取决于器件模型外, 还直接依赖于所给定的模型参数的数值是否正确。 晶体二极管是半导体器件中最常见和最简单的常用器件之一, 目前国内外对其SPICE 模型参数的优化提取算法讨论较多, 与之对应的提取软件还是较少。 本文主要讨论 SPICE 中的二极管模型参数提取方法, 在此基础上运用 Levenberg- Marquardt 等优化提取算法进行模型参数提取的软件模块编制, 最终完成模型参数提取软件的编程实现。 此次设计主要是对模型参数软件提取方法的一次初步实践, 并为以后各种 SPICE 器件模型参数提取软件的设计实现提供有益的经验。1 二极管 SPICE 模型二极管的 SPICE 模型参数共有 14 个, 它们是 Is, rs, n, SD, Cj( 0) , W0, m, Eg,XTI,Kf, Af, FC, VB, IBV。实际上, 二极管模型几乎都是由器件不同工作区域的方程组组成的, 即这些模型都拥有分别适用于线性区、饱和区和反向偏置区的独立方程, 其中有的参数只在这些方程组中的部分方程中适用, 因此不可能同时提取出所有的参数。 更为实用的参数提取方法是根据一组局域数据( 器件某一工作区域中的数据) 利用优化法与相关的模型方程一起来提取参数, 然后再利用其它的局域数据提取其它的参数。
当完成所有工作区的参数提取以后, 便可利用整个工作区的数据提取全部的模型参数以得到整个工作区域的最佳拟合。 这种方法既考虑了 对器件特性有影响的参数( 已经提取出的参数除外) 又考虑了模型参数之间的相互作用。 因此, 一般将二极管 SPICE 模型参数分为 5 组, 见表 1:表 1 二极管 SPICE 模型中 的 5 组参数组别SPICE 模型参数模型方程( 经验公式)1Eg, XTI, Kf,Af, FC-2Is, rs, nVcD= rsID+ VD, ID= IS{ exp(VD/( nVt) ) - 1}3Cj( 0) , W0, mCj= Cj( 0) /( 1+ Vrev/W0)m4VB, IBVVrev= VB- Vtln( IBV/Irev)5SDSD= trr/ ln( 1+ Ifwd/Irev) 第 1 组: 是指可以直接从工艺过程或器件材料中获得的参数, 如禁带宽度 Eg、 饱和电路温度指数因子XTI以及噪声系数和指数因子 Kf、Af 等。 受其它参数影响不大的电容公式系数 FC 也归在这一组。 通常认为这些参数为已知参数, 无需优化。第 2 组: 是指利用二极管正偏时得到的正偏电压、电流特性曲线得到的参数, 该组参数一般由器件物理参数Vfwd、 Ifwd确定。
