SPICE的器件模型大全(第6章).doc

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1、SPICE的器件模型大全在介绍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

2、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1.3DC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

3、.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。2.2Ebers-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（

4、大信号模型）：Meyer模型3.2.1 电荷存储效应：3.2.2PN结电容：3.3 三级静态模型：3.2MOSFET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4.1N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（

5、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 UGATE 模型参数标准门的延迟参数：6.2 三态门的模型语句： .MODEL 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 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 UGFF 模型参数钟控触发器参数：SRFF nff

6、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 (,) * #+ FILE=+DATA=$ $MNTYMXDLY=+IOLEVEL= 其中：列表 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，S

7、PICE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。7.1 N模型：数字输入N模型将逻辑状态（1 0 X Z）转换成相对应的电压、阻抗。 数字模拟器的N模型语句： N +DGTLNET= IS=(initial state) 数字文件的N模型语句： N +SIGNAME= IS=(initial state) 模型语句： .MODEL DINPUT (模型参数)模型参数表：7.2 O模型：将模拟电压转换为逻辑状态（1 0 X Z），形成逻辑器件的输入级。节点状态由接口节点和参考节点之间的电压值决定，将该电压值与当前电压序列进行比较

8、，如果落在当前电压序列中，则新状态与原状态相同；如果不在当前电压序列中，则从S0NAME开始检查，第一个含有该电压值的电压序列可确定为新状态。如果没有电压序列包含这个电压值，则新状态为？（状态未知）。 数字模拟器的O模型语句： O +DGTLNET= 数字文件的O模型语句： O +SIGNAME= 模型语句： .MODEL DOUTPUT (模型参数)模型参数表：八、 数学宏模型：作为电路功能块或实验仪器插入电路系统中，代替或模拟电路系统的部分功能，有24种8.1 电压加法器：8.2 电压乘法器：8.3 电压除法器：8.4 电压平方：基本运算方程：8.5 理想变压器：8.6 电压求平方根：方程

9、 8.7 三角波/正弦波转换器：三角波峰-峰值为2V，其中C=PI/28.8 电压相移：8.9 电压积分器：8.10 电压微分器：8.11 电压绝对值：（略）8.12 电压峰值探测器：（略）8.13 频率乘法器：8.14 频率除法器：8.15 频率加法器/减法器：8.16 相位探测器：8.17 传输线：模拟信号延迟（略）8.18 施密特触发器：为避免不收敛，不使用DC扫描，将模型中加入PWL源，产生缓变上升/下降斜波，与瞬态分析效果相同8.19 电压取样-保持电路：（略）8.20 脉冲宽度调制器：（略）8.21 电压幅度调制器：（略）8.22 电压对数放大器：（略）8.23N次根提取电路：8.

10、24 拉氏变换：（略）九、系统方程宏模型：可作为功能块代替某些未知的电路或不需要分析的电路，插入电路中，使电路系统的分析变得简单明了。9.1 积分器子电路：作为求解微分方程组的基本运算部件，可在10MHz下工作子电路描述文件：* Integrator Subcircuit. Subckt int 1 2Gi 0 2 1 0 1uCi 2 0 1ufRo 2 0 1000MEG.ENDS INT9.2 电感型微分电路：受控源G的控制电压为Vin，输出电流i9.3 电容型微分电路：9.4 网络函数的SPICE模型：高阶网络函数可分解为几个较简单的一阶、二阶函数，用级联和耦合结构来实现十、非线性器件的模型：10.1 电容型传感器：检测元件是非线性电容10.2 光敏电阻：时变电阻10.3 变容二极管：压控电容