SPICE的器件模型

1、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

2、，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

3、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

4、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

5、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：

6、 .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

7、  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

8、  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 <name> <pld type> (<#inputs>,<#outputs>) <input_node>* <output_node>#+<(timing model)name> <(io_model)name> FILE=<(fi

9、le name) text value>+DATA=<radix flag>$ <program data>$MNTYMXDLY=<(delay select)value>+IOLEVEL=<(interface model level)value>        其中：<pld type>列表              <(

10、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

11、时，DATA语句数据可忽略              <radix flag>  是下列字母之一：B 二进制    O 八进制    X 十六进制              <program data>  程序数据是一个数据序列，初始都

12、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。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：     

13、0;  N <name> <(interface)node> <(low level)node> <(high level)node> <(model)name>        +DGTLNET=<(digital net)name> <(digital IO model)name> IS=(initial state)    数字文件的N模型语句：    

14、60;   N <name> <(interface)node> <(low level)node> <(high level)node> <(model)name>        +SIGNAME=<(digital signal)name> IS=(initial state)    模型语句：  .MODEL <(model)name> DINPUT (模型参数)模型参数表：7

15、.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，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 <name> <(interface)node> <node

16、> <(model)name>       +DGTLNET=<(digital net)name> <(digital IO model)name>  数字文件的O模型语句：      O <name> <(interface)node> <node> <(model)name>      +SIGNAME=<(digital signal

17、)name>  模型语句：  .MODEL <(model)name> 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 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

18、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）8.23 N次根提取电路： 8.24 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：*