Основные уравнения модели mosfet
О п р е д е л е н и я
Vgs = внутреннее напряжение затвор-исток
Vds = внутренне напряжение сток-исток
Id = ток стока
VT = k•T/q
Т е м п е р а т у р н ы е э ф ф е к т ы M O S F E T
T — это температура работы прибора, а Tnom — это температура, при которой измерены модельные параметры. Обе выражаются в градусах Кельвина. T устанавливается к значению температуры анализа в диалоге Analysis Limits соответствующего режима анализа. TNOM — определяется установками Global Settings. Величину TNOM можно изменить только с помощью директивы .OPTIONS. T и Tnom могут быть изменены для каждой модели спецификацией параметров T_MEASURED, T_ABS, T_REL_GLOBAL, и T_REL_LOCAL.
Паразитные сопротивления легированных областей не имеют температурной зависимости.
У р а в н е н и я д л я т о к о в M O S F E T
Ниже показаны только уравнения для модели уровня 1. Уравнения для моделей уровня 2 и 3 слишком сложны.
Область отсечки: для Vgs < VT
Id = 0.0
Линейная область: для Vgs > VTH и Vds < (Vgs – VTH)
Id = K•(Vgs – VTH – 0.5•Vds)•Vds•(1+LAMBDA•Vds)
Область насыщения: для Vgs > VTH и Vds > (Vgs – VTH)
Id = 0.5•K•(Vgs – VTH)2•(1 + LAMBDA•Vds)
Уравнения приведены для n-канального прибора.
У р а в н е н и я д л я е м к о с т е й M O S F E T
Для емкости затвора используется модель Мейера.
Модели всех уровней используют SPICE 2G.6 модель для емкостей, предложенную Мейером, когда указан параметр XQC , больший 0.5. Когда параметр XQC указан, но его значение меньше или равно 1, используется модель Варда. Модель Мейера не гарантирует сохранения заряда, но она более ясная по сравнению с моделью Варда.
Заряды моделируются тремя нелинейными конденсаторами Cgb, Cgd, и Cgs.
Cox = COX • W • Leff
Область накопления заряда (Vgs < Von – PHI)
Для Vgs < Von – PHI,
Cgb = Cox + CGBO • Leff
Cgs = CGSO • W
Cgd = CGDO • W
Область обеднения (Von – PHI < Vgs < Von)
Cgd = CGDO • W
Область насыщения (Von < Vgs < Von + Vds)
Cgb = CGBO • Leff
Cgd = CGDO • W
Линейная область:
Для Vgs > Von + Vds,
Cgb = CGBO • Leff
Барьерные емости переходов
Барьерная емкость моделируется двумя нелинейными конденсаторами Cbs и Cbd.
Если CBS=0 и CBD=0 то
Cbs = CJ(T)•AS•f1(VBS) + CJSW(T)•PS•f2(VBS) + TT•GBS
Cbd = CJ(T)•AD•f1(VBD) + CJSW(T)•PD•f2(VBD) + TT•GBD
Иначе
Cbs = CBS(T)•f1(VBS) + CJSW(T)•PS•f2(VBS) + TT•GBS
Cbd = CBD(T)•f1(VBD) + CJSW(T)•PD•f2(VBD) + TT•GBD
GBS= проводимость подложка –исток на постоянном токе = d(IBS)/d(VBS)
GBD= проводимость подложка-сток на постоянном токе = d(IBD)/d(VBD)
Если VBS
≤FC
• PB(T)
то
Иначе
Если VBS
≤FC
• PBSW(T)
то
Иначе
Если VBD
≤FC
• PB(T)
то
Иначе
Если VBD
≤FC
• PBSW(T)
то
Иначе
У р а в н е н и я д л я ш у м о в M O S F E T
Шум для моделей уровня BSIM3 моделлируется как указано в ссылке и такая модель используется когда параметр NLEV не определен. Шумовые модели для всех остальных случаев приведены ниже.
Паразитный тепловой шум выводов резисторов
Канальный дробовой и фликкер шумы
Ichannel2 = Ishot2 + Iflicker2
Внутренний фликкер-шум:
If
NLEV
= 0
If NLEV
= 1
If NLEV
= 2 or 3
Внутренний дробовой шум:
If NLEV < 3 Ishot2 = (8/3)•k•T•gm
If
NLEV
= 3
,
если Vds
<= Vdsat
(линейная область) и a
= 0 во всех остальных случаях.