對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法及雙極型晶體管仿真電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，其先建立一雙極型晶體管仿真電路，雙極型晶體管仿真電路包括一標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管、一電壓控制電流源和一寄生電阻；電壓控制電流源、寄生電阻串接在標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極同集電極之間；然后該雙極型晶體管仿真電路對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真。本發(fā)明還公開了一種雙極型晶體管仿真電路。本發(fā)明能仿真雙極型晶體管集電極在高壓偏置條件下的電流擊穿特性，仿真精度高。
【專利說(shuō)明】對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法及雙極型晶體管仿真電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體管仿真技術(shù)，特別涉及一種對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法及雙極型晶體管仿真電路。
【背景技術(shù)】
[0002]雙極晶體管是現(xiàn)代半導(dǎo)體集成電路中經(jīng)常采用的器件之一，特別在高速模擬集成電路的設(shè)計(jì)中，該器件有廣泛的應(yīng)用。由于雙極晶體管的器件模型精度直接影響到相關(guān)集成電路的設(shè)計(jì)精度，因此集成電路設(shè)計(jì)者對(duì)雙極晶體管的器件模型精度要求很高。
[0003]SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是器件設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)用最為普遍的電路級(jí)模擬程序，各軟件廠家提供提供了 Vspice、Hspice, Pspice等不同版本SPICE軟件,這些軟件的仿真核心大同小異,都是采用了由美國(guó)加州Berkeley大學(xué)開發(fā)的SPICE模擬算法。目前工業(yè)界普遍認(rèn)可的BJT (雙極型晶體管)晶體管SPICE模型為G-P (Gummel Poon,咖碼-潘)模型。在BJT晶體管的G-P模型中，有許多描述BJT晶體管物理效應(yīng)的模型參數(shù)，因此，采用G-P模型，電路設(shè)計(jì)者可利用SPICE軟件以及SPICE模擬算法方便地仿真BJT晶體管在正反向工作區(qū)域的各種電學(xué)特性。
[0004]G-P模型中，包括以下參數(shù):
[0005]NF:表示晶體管正向工作時(shí)的電流發(fā)射系數(shù)；
[0006]NR:表示晶體管反向工作時(shí)的電流發(fā)射系數(shù)；
[0007]NE:表示晶體管正向工作時(shí)的電流復(fù)合系數(shù)；
[0008]NC:表示晶體管反向工作時(shí)的電流復(fù)合系數(shù)；
[0009]VJE:表示晶體管發(fā)射極電容的電壓系數(shù)；
[0010]MJE:表不晶體管發(fā)射極電容因子；
[0011]VJC:表示晶體管集電極電容的電壓系數(shù)；
[0012]MJC:表示晶體管集電極電容因子；
[0013]VJS:表示晶體管襯底寄生電容的電壓系數(shù)；
[0014]MJS:表不晶體管襯底寄生電容因子；
[0015]IS:表示晶體管的飽和電流；
[0016]IKF:表示晶體管大電流注入時(shí)的扭曲電流；
[0017]ISE:表示晶體管正向工作時(shí)的復(fù)合電流；
[0018]ISC:表示晶體管反向工作時(shí)的復(fù)合電流；
[0019]RE:表示晶體管發(fā)射極電阻；
[0020]RC:表示晶體管集電極電阻；
[0021 ] BF:正向電流放大系數(shù)；
[0022]TF:正向渡越時(shí)間；
[0023]RB:晶體管基區(qū)電阻；
[0024]CJE:零偏壓的發(fā)射結(jié)電容；[0025]CJC:零偏壓的集電結(jié)電容；
[0026]CJS:零偏壓的襯底結(jié)電容。
[0027]在業(yè)界描述雙極型晶體管的SPICE模型里，GP模型有著良好的精度和物理特性，因此使用最為廣泛。但是GP模型也有它的局限性，例如在高壓應(yīng)用領(lǐng)域，如果電路設(shè)計(jì)者想通過(guò)仿真得到雙極型晶體管中的PN結(jié)擊穿特性，就無(wú)法仿真得到，因?yàn)镚P模型沒(méi)有把結(jié)擊穿特性加入到模型中。如圖1所示，雙極型晶體管器件為NPN，圖中點(diǎn)線為測(cè)試值，實(shí)線為雙極型晶體管GP模型仿真值，橫軸為掃描集電極電壓Vce，發(fā)射極接地，縱軸為集電極電流Ic，每根曲線代表不同的固定基極電流條件，分別為0.1uA, 1.1uA, 2.1uA和3.luA，該器件的最大應(yīng)用范圍在IOV左右，在13V以后數(shù)據(jù)出現(xiàn)上翹，也就是擊穿現(xiàn)象出現(xiàn)，但GP模型即使仿真到20V也看不到擊穿電流出現(xiàn)?，F(xiàn)有的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法無(wú)法仿真雙極型晶體管集電極在高壓偏置條件下的電流擊穿特性，仿真精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是能仿真雙極型晶體管集電極在高壓偏置條件下的電流擊穿特性，仿真精度高。
[0029]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，其包括以下步驟:
[0030]一.建立雙極型晶體管仿真電路，所述雙極型晶體管仿真電路，包括一標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管、一電壓控制電流源和一寄生電阻；
[0031]所述電壓控制電流源、寄生電阻串接在所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極同集電極之間；
[0032]I=jrev* (exp (- (-VA+Bvrev)/ (nrev*0.025)))
[0033]式中，I為電壓控制電流源的電流，jrev>Bvrev>nrev為擬合系數(shù),VA為所述寄生電阻與所述電壓控制電流源的連接點(diǎn)電壓；
[0034]寄生電阻的阻值為擬合數(shù)值；
[0035]二.利用步驟一建立的雙極型晶體管仿真電路，對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真。
[0036]較佳的，通過(guò)使雙極型晶體管仿真電路根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的擊穿電流進(jìn)行擬合，得到擬合系數(shù)jrev、Bvrev、nrev及寄生電阻的阻值。
[0037]較佳的，所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管用GP模型來(lái)描述。
[0038]所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管，為NPN型或PNP型。
[0039]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種雙極型晶體管仿真電路，其包括一標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管、一電壓控制電流源和一寄生電阻；
[0040]所述電壓控制電流源、寄生電阻串接在所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極同集電極之間；
[0041 ] I=jrev* (exp (- (-VA+Bvrev)/ (nrev*0.025)))
[0042]式中，I為電壓控制電流源的電流，jrev、Bvrev、nrev為擬合系數(shù),VA為所述寄生電阻與所述電壓控制電流源的連接點(diǎn)電壓；
[0043]寄生電阻的阻值為擬合數(shù)值。
[0044]可以通過(guò)使雙極型晶體管仿真電路根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的擊穿電流進(jìn)行擬合，得到擬合系數(shù)jrev、Bvrev、nrev及寄生電阻的阻值。
[0045]所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管可以用GP模型來(lái)描述。
[0046]所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管，可以為NPN型或PNP型。
[0047]本發(fā)明的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，構(gòu)建了一雙極型晶體管仿真電路，該雙極型晶體管仿真電路，在標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極、集電極之間串接一電壓控制電流源及一寄生電阻，根據(jù)雙極型晶體管(BJT)工藝，由于集電極和基極分別是N型和P型摻雜，因此在高壓應(yīng)用雙極型晶體管中的擊穿可類似看作PN結(jié)擊穿，該雙極型晶體管仿真電路，通過(guò)雙極型晶體管集電極和基極外掛的所述電壓控制電流源及寄生電阻實(shí)現(xiàn)擊穿電流的描述，能仿真雙極型晶體管集電極在高壓偏置條件下的電流擊穿特性，對(duì)雙極型晶體管的仿真精度高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0048]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對(duì)本發(fā)明所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0049]圖1是現(xiàn)有的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法的仿真結(jié)果示意圖；
[0050]圖2是本發(fā)明的雙極型晶體管仿真電路一實(shí)施例示意圖；
[0051]圖3是本發(fā)明的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法的仿真結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0053]實(shí)施例一
[0054]對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，包括以下步驟；
[0055]一.建立雙極型晶體管仿真電路，
[0056]雙極型晶體管仿真電路，如圖2所示，包括一標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管、一電壓控制電流源和一寄生電阻Rbcbv，所述電壓控制電流源、寄生電阻Rbcbv串接在所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極同集電極之間；
[0057]I=jrev* (exp (- (-VA+Bvrev)/ (nrev*0.025)))
[0058]式中，I為電壓控制電流源的電流，jrev、Bvrev、nrev為擬合系數(shù),VA為所述寄生電阻Rbcbv與所述電壓控制電流源的連接點(diǎn)A電壓；
[0059]寄生電阻Rbcbv的阻值為擬合數(shù)值；
[0060]通過(guò)使雙極型晶體管仿真電路根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的擊穿電流進(jìn)行擬合，得到j(luò)rev、Bvrev、nrev及寄生電阻Rbcbv的阻值；
[0061]二.利用步驟一建立的雙極型晶體管仿真電路，對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真。
[0062]實(shí)施例二
[0063]基于實(shí)施例一，雙極型晶體管仿真電路中的標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的GP(Gummel Poon,咖碼-潘)模型來(lái)描述。
[0064]實(shí)施例三
[0065]基于實(shí)施例二，標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管，可以為NPN型或PNP型。
[0066]本發(fā)明的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，構(gòu)建了一雙極型晶體管仿真電路，該雙極型晶體管仿真電路，在標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極、集電極之間串接一電壓控制電流源及一寄生電阻，根據(jù)雙極型晶體管(BJT)工藝，由于集電極和基極分別是N型和P型摻雜，因此在高壓應(yīng)用雙極型晶體管中的擊穿可類似看作PN結(jié)擊穿，該雙極型晶體管仿真電路，通過(guò)雙極型晶體管集電極和基極外掛的所述電壓控制電流源及寄生電阻實(shí)現(xiàn)擊穿電流的描述，能仿真雙極型晶體管集電極在高壓偏置條件下的電流擊穿特性，對(duì)雙極型晶體管的仿真精度高。
[0067]利用本發(fā)明構(gòu)建的雙極型晶體管仿真電路，對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真得到的仿真效果如圖3所示，圖中點(diǎn)線為測(cè)試值，實(shí)線為標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管GP模型仿真值，橫軸為掃描集電極電壓Vce，發(fā)射極接地，縱軸為集電極電流Ic，每根曲線代表不同的固定基極電流條件?？梢钥吹皆?3V附近，擊穿電流直接上翹，但在13V之前，外掛元件電壓控制電流源及寄生電阻對(duì)實(shí)際器件特性的模擬沒(méi)有任何影響，而對(duì)參數(shù)Rbcbv, jrev, nrev, bvrev的調(diào)整，可以改變擊穿電流的大小以及斜率，根據(jù)該方法，成功的仿真雙極型晶體管集電極在高壓偏置條件下的電流擊穿特性，為電路設(shè)計(jì)者提供較好的擊穿電壓仿真參考點(diǎn)
[0068]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，其特征在于，包括以下步驟: 一.建立雙極型晶體管仿真電路，所述雙極型晶體管仿真電路，包括一標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管、一電壓控制電流源和一寄生電阻； 所述電壓控制電流源、寄生電阻串接在所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極同集電極之間； I=jrev* (exp (- (-VA+Bvrev)/ (nrev*0.025))) 式中，I為電壓控制電流源的電流，jrev>Bvrev>nrev為擬合系數(shù),VA為所述寄生電阻與所述電壓控制電流源的連接點(diǎn)電壓； 寄生電阻的阻值為擬合數(shù)值； 二.利用步驟一建立的雙極型晶體管仿真電路，對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，其特征在于， 通過(guò)使雙極型晶體管仿真電路根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的擊穿電流進(jìn)行擬合，得到擬合系數(shù)jrev、Bvrev、nrev及寄生電阻的阻值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管用GP模型來(lái)描述。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)雙極型晶體管進(jìn)行仿真的方法，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管，為NPN型或PNP型。
5.一種雙極型晶體管仿真電路，其特征在于， 包括一標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管、一電壓控制電流源和一寄生電阻； 所述電壓控制電流源、寄生電阻串接在所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管的基極同集電極之間； I=jrev* (exp (- (-VA+Bvrev)/ (nrev*0.025))) 式中，I為電壓控制電流源的電流，jrev>Bvrev>nrev為擬合系數(shù),VA為所述寄生電阻與所述電壓控制電流源的連接點(diǎn)電壓； 寄生電阻的阻值為擬合數(shù)值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型晶體管仿真電路，其特征在于， 通過(guò)使雙極型晶體管仿真電路根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的擊穿電流進(jìn)行擬合，得到擬合系數(shù)jrev、Bvrev、nrev及寄生電阻的阻值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型晶體管仿真電路，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管用GP模型來(lái)描述。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型晶體管仿真電路，其特征在于， 所述標(biāo)準(zhǔn)雙極型晶體管，為NPN型或PNP型。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103810311SQ201210452059
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】王正楠 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司