SPICE的器件模型

SPICE的器件模型

在介绍SPICE基础知识时介绍了最复杂和重要的电路描述语句，其中就包括元器件描述语句。许多元器件（如二极管、晶体管等）的描述语句中都有模型关键字，而电阻、电容、电源等的描述语句中也有模型名可选项，这些都要求后面配以.MODEL起始的模型描述语句，对这些特殊器件的参数做详细描述。电阻、电容、电源等的模型描述语句语句比较简单，也比较容易理解，在SPICE基础中已介绍，就不再重复了；二极管、双极型晶体管的模型虽也做了些介绍，但不够详细，是本文介绍的重点，以便可以自己制作器件模型；场效应管、数字器件的模型过于复杂，太专业，一般用户自己难以制作模型，只做简单介绍。

元器件的模型非常重要，是影响分析精度的重要因素之一。但模型中涉及太多图表，特别是很多数学公式，都是在WORD下编辑后再转为JEPG图像文件的，很繁琐和耗时，所以只能介绍重点。

一、二极管模型：

1.1 理想二极管的I-V特性：

1.2 实际硅二极管的I-V特性曲线：折线

1.3 DC大信号模型：1.4 电荷存储特性：

1.5 大信号模型的电荷存储参数Qd：1.6 温度模型：

1.7 二极管模型参数表：

二、双极型晶体管BJT模型：

2.1 Ebers-Moll静态模型：电流注入模式和传输模式两种2.1.1 电流注入模式：

2.1.2 传输模式：

2.1.3 在不同的工作区域，极电流Ic Ie的工作范围不同，电流方程也各不相同：

2.1.4 Early效应：基区宽度调制效应

2.1.5 带Rc、Re、Rb的传输静态模型：

正向参数和反向参数是相对的，基极接法不变，而发射极和集电极互换所对应的两种状态，分别称为正向状态和反向状态，与此对应的参数就分别定义为正向参数和反向参数。

2.2 Ebers-Moll大信号模型：

2.3 Gummel-Pool静态模型：

2.4 Gummel-Pool大信号模型：拓扑结构与Ebers-Moll大信号模型相同，非线性存储元件电压控制电容的方程也相同

2.5 BJT晶体管模型总参数表：

三、金属氧化物半导体晶体管MOSFET模型：

3.1 一级静态模型：Shichman-Hodges模型

3.2 二级静态模型（大信号模型）：Meyer模型3.2.1 电荷存储效应：

3.2.2 PN结电容：

3.3 三级静态模型：

3.2 MOSFET模型参数表：

一级模型理论上复杂，有效参数少，用于精度不高场合，迅速粗略估计电路

二级模型可使用复杂程度不同的模型，计算较多，常常不能收敛

三级模型精度与二级模型相同，计算时间和重复次数少，某些参数计算比较复杂四级模型BSIM，适用于短沟道（<3um）的分析，Berkley在1987年提出

四、结型场效应晶体管JFET模型：基于Shichman-Hodges模型

4.1 N沟道JFET静态模型：

4.2 JFET大信号模型：

4.3 JFET模型参数表：

五、GaAs MESFET模型：分两级模型（肖特基结作栅极）GaAs MESFET模型参数表：

六、数字器件模型：

6.1 标准门的模型语句：.MODEL <(model)name> UGATE [模型参数] 标准门的延迟参数：

6.2 三态门的模型语句：.MODEL <(model)name> UTGATE [模型参数]

三态门的延迟参数：

6.3 边沿触发器的模型语句：.MODEL <(model)name> UEFF [模型参数]

边沿触发器参数：

JKFF nff preb,clrb,clkb,j*,k*,g*,gb* JK触发器，后沿触发

DFF nff preb,clrb,clk,d*,g*,gb* D触发器，前沿触发

边沿触发器时间参数：

6.4 钟控触发器的模型语句：.MODEL <(model)name> UGFF [模型参数]

钟控触发器参数：

SRFF nff preb,clrb,gate,s*,r*,q*,qb* SR触发器，时钟高电平触发

DLTCH nff preb,clrb,gate,d*,g*,gb* D触发器，时钟高电平触发

钟控触发器时间参数：

6.5 可编程逻辑阵列器件的语句：

U (<#inputs>,<#outputs>) * # +<(timing model)name> <(io_model)name> [FILE=<(file name) text value>]

+[DATA=$ $][MNTYMXDLY=<(delay select)value>] +[IOLEVEL=<(interface model level)value>]

其中：列表

<(file name) text value> JEDEC格式文件的名称，含有阵列特定的编程数据

JEDEC文件指定时，DATA语句数据可忽略

是下列字母之一：B 二进

制 O 八进制 X 十六进制

程序数据是一个数据序列，初始都为0

PLD时间模型参数：

七、数字I/O接口子电路：数字电路与模拟电路连接的界面节点，SPICE自动插入此子电路

子电路名（AtoDn和DtoAn）在I/O模型中定义，实现逻辑状态与电压、阻抗之间的转换。