Файл: 2009_07_100.pdf

Михаил ПУШКАРЕВ

100

проектирование

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • 

№ 7 '2009

МОП-транзистор

Имена компонента: NMOS, NMOS3, PMOS,

PMOS3, VDMOS.

В LTSpice есть две существенно отличаю-

щиеся модели МОП-транзисторов: модель
интегрального МОП-транзистора и новая мо-
дель силового вертикального МОП-транзи-
стора с двойной диффузией.

Интегральный МОП-транзистор

Синтаксис: Mxxx <порт стока> <порт за-

твора> <порт истока> <порт подложки>
<имя модели> [m=<значение>] [L=<значе-
ние>] [W=<значение>] [AD=<значение>]
[AS=<значение>] [PD=<значение>] [PS=<зна-
чение>] [NRD=<значение>] [NRS=<значе-
ние>] [off] [Iс=<Vds, Vgs, Vbs>] [temp=<тем-
пература>].

Например:

M1 Nd Ng Ns 0 MyMOSFET 
.model MyMOSFET NMOS(KP=.001)

M1 Nd Ng Ns Nb MypMOSFET 
.model MypMOSFET PMOS(KP=.001)

Мощный вертикальный 
МОП-транзистор с двойной диффузией

Синтаксис: Mxxx <порт стока> <порт затво-

ра> <порт истока> <имя модели> [L=<значе-
ние>] [W=<значение>] [m=<значение>] [off]
[IC=<Vds, Vgs, Vbs>] [temp=<температура>].

Например:

M1 Nd Ng Ns Si4410DY
.model Si4410DY VDMOS(Rd=3m Rs=3m Vto=2.6 Kp=60
Cgdmax=1.9n Cgdmin=50p Cgs=3.1n Cjo=1n Is=5.5p Rb=5.7m)

Описание модели МОП-транзистора опре-

деляет рассматриваемый тип транзистора.
Ключевые слова модели NMOS и PMOS оп-
ределяют интегральный 

n

- или 

p

-канальный

МОП-транзистор. Ключевое слово модели
VDMOS определяет мощный вертикальный
МОП-транзистор с двойной диффузией.

Интегральные МОП-транзисторы — уст-

ройства с четырьмя выводами Nd, Ng, NS
и Nb, соответственно, это выводы стока, за-
твора, истока и подложки. L и W — длина
и ширина канала в метрах. AD и AS — пло-
щади диффузионных областей стока и исто-
ка в квадратных метрах. Отметим, что суф-

фикс 

u

определяет мкм, а

p

— мкм

2

. Если ка-

кой-либо из параметров L, W, AD или AS не
определен, используется значение по умол-
чанию. По умолчанию PD и PS равны нулю,
а NRD и NRS равны единице. Ключевое сло-
во 

off

указывает на наличие начальных усло-

вий при DC.-анализе. Начальные условия
Iс = VDS, VGS, VBS предназначены для .TRAN-
анализа с модификатором UIC, когда анализ
переходного процесса желательно начать в от-
личной от статической рабочей точке. Допол-
нительная величина TEMP задает рабочую
температуру конкретного устройства и анну-
лирует для него задание температуры в уп-
равляющей строке .OPTION. Указать темпе-
ратуру можно только для МОП-транзисто-
ров уровней 1, 2, 3 и 6, но не для устройств
BSIM уровней 4, 5 или 8.

Физические параметры МОП-транзисто-

ров перечислены в таблице 28.

LTSpice поддерживает семь различных мо-

делей интегральных МОП-транзисторов и од-
ну модель мощного вертикального с двой-
ной диффузией МОП-транзистора. Для ин-
тегральных МОП-транзисторов параметр
модели 

LEVEL

указывает на используемую

модель. По умолчанию этот параметр равен
единице.

Характеристики постоянного тока МОП-

транзисторов уровней с 1-го по 3-й опреде-
лены параметрами VTO, KP, LAMBDA, PHI
и GAMMA. Эти параметры рассчитываются
по известным параметрам процесса (NSUB,
TOX, ѕ), при этом пользовательские значе-
ния всегда аннулируются. VTO положитель-
но (отрицательно) для обогащенных и от-
рицательно (положительно) для обеднен-
ных 

n

-канальных (

p

-канальных) приборов.

Накопление заряда моделируется тремя по-
стоянными емкостями CGSO, CGDO и CGBO,
которые представляют собой емкости пере-
крытия, тонкопленочные нелинейные кон-
денсаторы, распределенные над затвором, ис-
током, стоком, и нелинейные емкости обед-
ненного слоя обоих переходов с подложкой.
Они, в свою очередь, подразделяются на ос-
новные и периферические, которые изменя-
ются с приложенным к переходам напряже-
нием с коэффициентами MJ и MJSW соответ-
ственно и определены параметрами CBD,
CBS, CJ, CJSW, MJ, MJSW и PB. Эффект на-
копления заряда описывается моделью емко-
сти, линейно зависящей от напряжения, пред-
ложенной Мейером. Эффекты накопления за-
ряда в тонком окисле отличаются для модели
Level = 1. Эти зависящие от напряжения ем-
кости подключаются, только если задана Tox.

Параметры, описывающие переходы, не-

сколько перекрываются, например, обратный
ток может быть специфицирован либо через
Is (A) либо через Js (А/м

2

). Поскольку пер-

вое — абсолютная величина второго, умно-
женного на AD и AS, то имеем обратные то-
ки переходов стока и истока соответственно.
Это относится и к емкостям переходов при
нулевом смещении CBD и CBS (Ф) в одном
варианте и CJ (Ф/м

2

) в другом. Паразитные

последовательные сопротивления стока и ис-
тока могут быть выражены как RD и RS (Ом)
или RSH (Ом/кв.), последнее умножается на
количество квадратов NRD и NRS, приходя-
щихся на длину элемента прибора.

Параметры моделей МОП-транзисторов

уровней 1, 2 и 3 перечислены в таблице 29.

Дискретный вертикальный МОП-транзи-

стор с двойной диффузией (ДМОП), обычно
используемый в ИИП, ведет себя качествен-
но по-другому, чем вышеупомянутые моде-
ли интегральных МОП-транзисторов. В ча-
стности, встроенный диод ДМОП-транзисто-
ра подключен к внешним выводам иначе, чем
диод подложки интегрального МОП-транзи-
стора, а нелинейная емкость затвор–сток (Cgd)
не может быть смоделирована простым мас-
штабированием емкостей моделей интеграль-
ных МОП-транзисторов. В ДМОП-транзис-
торе Cgd резко изменяется в окрестности ну-
левого напряжения затвор–исток (Vgd). Когда
напряжение Vgd отрицательно, Cgd физиче-

В данной части статьи — продолжение описания моделей компонентов
на языке LTSpice.

Программа схемотехнического 

моделирования SwitcherCAD III

Окончание. Начало в № 11 `2008

Таблица 28. 

Физические параметры МОП"транзистора

–

–

м

м

м

2

м

2

м

Удельное поверхностное 

сопротивление истока

Удельное поверхностное 

сопротивление стока

Периметр диффузионной области истока

Периметр диффузионной области стока

Площадь диффузионной области истока

Площадь диффузионной области стока

Ширина канала

NRS

NRD

PS

PD

AS

AD

W

м

Длина канала

L

Единица 

измерения

Параметр

Обозна)

чение

проектирование

101

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • 

№ 7 '2009

ски базируется на конденсаторе с затвором в качестве первого элект-
рода и стока, а в конечном итоге — подложки, в качестве второго эле-
ктрода. Эта емкость весьма мала вследствие большой толщины не-
проводящей подложки. Когда же Vgd положительно, подложка в про-
водящем состоянии, и Cgd физически основана на конденсаторе
с толщиной затворного окисла.

Традиционно для имитации поведения мощных МОП-транзисто-

ров используются сложные макромодели. Новое встроенное SPICE-
устройство было создано с целью ускорения расчетов, надежности
преобразования и упрощения записи моделей. Эквивалентная схе-
ма устройства представлена на рис. 55.

Модель для постоянного тока аналогична модели уровня 1 инте-

грального МОП-транзистора, за исключением того, что длина и ши-
рина канала опускаются, а крутизна задается непосредственно,
без вычислений. Модель для переменного тока следующая. Емкость
затвор–исток принята постоянной. Как установлено опытным пу-

тем, это хорошее приближение для мощного МОП-транзистора,
если напряжение затвор–исток не становится отрицательным. Емкость
затвор–сток определяется эмпирической зависимостью, изображен-
ной на рис. 56.

Емкость затвор–сток Cgd изменяется как гиперболический тан-

генс напряжения затвор-сток Vgd для положительного напряжения
и как арктангенс для отрицательного напряжения. Параметры мо-
дели Cgdmax и Cgdmax определяют емкость затвор–сток. Емкость
исток–сток представлена емкостью встроенного диода, подключен-
ного непосредственно к электродам истока и стока для исключения
влияния сопротивлений истока и стока.

Параметры модели вертикального ДМОП-транзистора в таблице 30.

www.kit)e.ru

Таблица 29. 

Параметры модели интегрального МОП"транзистора

1

1

5

×

10

4

0,3

700

0,1

1

×

10

4

1

×

10

–7

50

0,1

10

1

1

0,65

0,87

4

×

10

15

1

×

10

–10

1

×

10

–10

5

0,5

0,8

0,02

3

×

10

–6

1

×

10

–26

0,5

1

×

10

–8

1

×

10

–15

0,37

1

1

1

2

×

10

–4

4

×

10

–11

4

×

10

–11

2

×

10

–10

20

20

0

0

0

0

600

0

1

×

10

4

1

1

×

10

–7

27

0

0

0

0

0,6

0,8

0

0

0

1

1

0,33 уровни 2, 3

0,50 уровень 1

0,5

0

0

2

×

10

–5

0

0,2

0

1

×

10

–14

0

0,5

0

0

0

0

0

0

0

0

0

мкм

В

м/с

–

см

2

/В·с

–

В/см

–

м

°С

–

Ом

Ом

Ом

В

В

1/см

3

1/см

2

1/см

2

–

–

–

–

мкм

1/В

А/В

2

–

–

А/м

2

А

В

1/2

–

–

–

пФ/м

Ф/м

2

Ф/м

Ф/м

Ф/м

фФ

фФ

Глубина металлургического перехода

Пороговое напряжение

Максимальная скорость дрейфа носителей 

(только уровни 2 и 3)

Коэффициент поперечного поля (только уровень 2)

Подвижность носителей в поверхностном слое

Эмпирическая константа подвижности носителей

(только уровень 2)

Критическая напряженность поля (только уровень 2)

0 (алюминиевый затвор)

–1 (примесью противоположного типа)

+1 (примесью того же типа, как и подложки)

Тип легирования затвора:

Толщина окисла

Рабочая температура

Коэффициент модуляции подвижности 

(только уровень 3)

Сопротивление диффузионных областей стока и истока

Объемное сопротивление истока

Объемное сопротивление стока

Поверхностный потенциал инверсии

Потенциал инверсии приповерхностного слоя

подложки

Уровень легирования подложки

Плотность медленных поверхностных состояний

Плотность быстрых поверхностных состояний

Коэффициент коррекции концентрации примеси

в канале (только уровень 2)

Коэффициент неидеальности перехода сток–подложка

Коэффициент наклона боковой поверхности 

переходов сток (исток) – подложка

Коэффициент плавности переходов 

сток (исток) – подложка

Боковая диффузия

Параметр модуляции длины канала 

(только для уровней 1 и 2)

Крутизна

Коэффициент фликкер"шума

Параметр модуляции длины канала напряжением

сток–исток (только уровень 3)

Плотность тока насыщения переходов 

сток (исток) – подложка

Ток насыщения переходов сток (исток) – подложка

Коэффициент влияния потенциала подложки

на пороговое напряжение

Коэффициент нелинейности барьерной емкости

прямосмещенного перехода

Коэффициент влияния напряжения сток–исток

на пороговое напряжение (только уровень 3)

Коэффициент влияния ширины канала на пороговое

напряжение (уровни 2 и 3)

Удельная емкость боковой поверхности переходов

сток (исток) – подложка при нулевом смещении

Удельная емкость переходов сток (исток) – подложка

Удельная емкость перекрытия затвор–исток

Удельная емкость перекрытия затвор–сток

Удельная емкость перекрытия затвор–подложка

Емкость перехода исток–подложка 

при нулевом смещении

Емкость перехода сток–подложка 

при нулевом смещении

Xj

Vto

Vmax

Utra

Uo

Uexp

Ucrit

TPG

Tox

Tnom

Theta

Rsh

Rs

Rd

Phi

Pb

Nsub

Nss

Nfs

Neff

N

Mjsw

Mj

Ld

Lambda

Kp

Kf

Kappa

Js

Is

Gamma

Fc

Eta

Delta

Cjsw

Cj

Cgso

Cgdo

Cgbo

Cbs

Cbd

1,2

1

–

Показатель степени фликкер"шума

Af

Пример

Значение 

по умолчанию

Единица 

измерения

Параметр

Обозна)

чение

Рис. 56. 

Зависимость емкости затвор–сток

Таблица 30. 

Параметры модели ДМОП"транзистора

1

0,8

10

50

1

2

10

1

0,5

–

0,65

0,5

0,02

0,5

1

×

10

–15

1

500

300

1000

1

3

0

1

0

27

0

0

∞

0

0

(false)

0,6

(true)

1

0,5

0

1

1

0

1

×

10

–14

0,5

1

×

10

–11

0

0

0

0

1

–

–

В

В

нс

°С

Ом

Ом

МОм

Ом

Ом

–

В

–

–

–

1/В

–

А/В

2

–

А

–

эВ

нФ

пФ

пФ

пФ

–

Коэффициент для ширины канала

Температурный коэффициент тока насыщения 

диода подложки

Пороговое напряжение

Пороговый потенциал диода подложки

Время переноса заряда для диода подложки

Температура

Омическое сопротивление истока

Омическое сопротивление затвора

Сопротивление утечки сток–исток

Омическое сопротивление стока

Омическое сопротивление диода подложки

p

"канальный вертикальный ДМОП

Поверхностный потенциал инверсии

n

"канальный вертикальный ДМОП

Коэффициент эмиссии диода подложки

Коэффициент плавности перехода диода подложки

Параметр модуляции длины канала

Коэффициент для длины канала

Параметр крутизны

Коэффициент фликкер"шума

Ток насыщения диода подложки

Коэффициент нелинейности барьерной емкости

прямосмещенного диода подложки

Ширина запрещенной зоны для диода подложки

Емкость перехода диода подложки 

при нулевом смещении

Емкость затвор–исток

Минимум нелинейной емкости затвор–сток

Максимум нелинейной емкости затвор–сток

Показатель степени фликкер"шума

W

Xti

Vto

Vj

tt

Tnom

Rs

Rg

Rds

Rd

Rb

pchan[*]

Phi

nchan[*]

N

M

Lambda

L

Kp

Kf

Is

Fc

Eg

Cjo

Cgs

Cgdmin

Cgdmax

Af

0,5

1

–

Параметр нелинейности емкости затвор–сток

A

Пример

Значение 

по умолчанию

Единица 

измерения

Параметр

Обозна)

чение

Рис. 55. 

Эквивалентная схема мощного МОП"транзистора

102

проектирование

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • 

№ 7 '2009

Имя модели VDMOS используется как для 

n

-канальных, так и для

p

-канальных транзисторов. По умолчанию устанавливается 

n

-про-

водимость. Для того чтобы определить 

p

-канал, следует дополнить

модель ключевым словом 

pchan

, например, “.model xyz VDMOS(Kp=3

pchan)” определяет 

p

-канальный транзистор.

Линия передачи с потерями

Имя символа: LTLIN.
Синтаксис: Oxxx <узел порта L+> <узел порта L–> <узел порта R+>

<узел порта R–> <имя модели>.

Например: 

O1 in 0 out 0 MyLossyTline
.model MyLossyTline LTRA(len=1 R=10 L=1u C=10n)

Это однопроводная линия передачи с потерями. L+ и L– — узлы од-

ного порта. R+ и R– — узлы другого порта. Электрические характе-
ристики определяются строкой .MODEL. 

Параметры модели линии передачи с потерями приведены в таб-

лице 31.

Биполярный транзистор

Имя символа: NPN, PNP, NPN2, PNP2.
Синтаксис: Qxxx <узел коллектора> <узел базы> <узел эмиттера>

[узел подложки] <имя модели> [коэффициент кратности] [прово-
димость] [IC=<Vbe, Vce>] [temp=<T>].

Например:

Q1 C B E MyNPNmodel 
.model MyNPNmodel NPN(Bf=75)

Чтобы задать характеристики биполярных транзисторов, исполь-

зуется описание модели. Ключевые слова в строке модели NPN и PNP
указывают на проводимость транзистора. Множитель 

area

опреде-

ляет количество эквивалентных устройств соответствующей моде-
ли, включенных параллельно.

Модель биполярного транзистора — это адаптированная модель

Гуммеля-Пуна. Модификация расширила модель, чтобы учесть не-
которые эффекты при больших уровнях смещения, в режиме квази-
насыщения, и проводимость подложки. Модель автоматически уп-
рощается до модели Эберса-Молла, когда опущены некоторые пара-
метры. На постоянном токе модель задана параметрами Is, Bf, Nf, Ise,
Ikf, Ne, определяющими характеристики в прямом включении, Is,
Br, Nr, Isc, Ikr, Nc, определяющими характеристики в обратном вклю-
чении, и Vaf, Var, определяющими выходную проводимость для пря-
мого и обратного включения. Модель включает в себя три омичес-
ких сопротивления Rb, Rc и Re, при этом Rb может зависеть от ве-
личины протекающего тока. Накопление заряда в базе моделируется
временами переноса заряда в прямом и обратном включении (Tf
и Tr), причем Tf можно сделать зависящим от уровня смещения, и не-
линейными емкостями обедненного слоя, заданными параметрами
Cje, Vje, Mje для перехода база–эмиттер, Cjc, Vjc, Mjc для перехода ба-
за–коллектор и Cjs, Vjs, Mjs для перехода коллектор–подложка. Тем-
пературная зависимость тока насыщения Is определяется шириной
запрещенной зоны полупроводника Eg и экспоненциальным темпе-
ратурным коэффициентом Xti. Температурная зависимость коэф-
фициента передачи в новой модели моделируется экспоненциаль-
ным температурным коэффициентом Xtb. Значение температуры

Tnom может быть задано директивой .OPTIONS или отвергнуто при-
оритетной записью в строке .MODEL.

Параметры биполярного транзистора, использованные в модифи-

цированной модели Гуммеля-Пуна, приведены в таблице 32.

Таблица 31. 

Параметры линии передачи с потерями

Таблица 32. 

Параметры модифицированой модели Гуммеля"Пуна биполярного транзистора

3

0

0

1

∞

10

0,75

0,75

0,75

1,206

∞

∞

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

27

0

0

0

0

Rb

0

не установлен

0

0

1

1

1

1,5

2

1

0

0,33

0,33

0

0

0

0

0

1

×

10

–16

∞

∞

∞

1

×

10

–11

0,5

1,11

0

0

0

?

1

100

–

–

–

–

В

В

В

В

В

В

В

В

1/°C

2

1/°C

1/°C

2

1/°C

1/°C

2

1/°C

1/°C

2

1/°C

1/°C

2

1/°C

с

°С

с

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

–

К

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

А

А

А

А

А

А

А

А

–

эВ

0,52 PNP

0,87 NPN

2,2 PNP

2,42 NPN

Ф

Ф

Ф

В

–

–

Экспоненциальный температурный коэффициент для Is

Коэффициент, описывающий зависимость Tf 

от напряжения база–коллектор

Температурный коэффициент Bf и Br

Коэффициент расщепления емкости база–коллектор

Коэффициент, описывающий зависимость Tf 

от напряжения коллектор–база

Напряжение, определяющее перегиб зависимости тока

эпитаксиальной области

Контактная разность потенциалов перехода коллектор–подложка

Контактная разность потенциалов перехода база–эмиттер

Контактная разность потенциалов перехода база–коллектор

Напряжение ширины запрещенной зоны, 

экстраполированное для 0 К

Напряжение Эрли в инверсном режиме

Напряжение Эрли в нормальном режиме

Квадратичный температурный коэффициент пробивного

напряжения перехода коллектор–база

Линейный температурный коэффициент 

пробивного напряжения перехода коллектор–база

Квадратичный температурный коэффициент Rmb

Линейный температурный коэффициент Rmb

Квадратичный температурный коэффициент Re

Линейный температурный коэффициент Re

Квадратичный температурный коэффициент Rc

Линейный температурный коэффициент Rc

Квадратичный температурный коэффициент Rb

Линейный температурный коэффициент Rb

Идеальное время переноса в инверсном режиме

Температура измерений

Идеальное время переноса в нормальном режиме

Объемное сопротивление эмиттера

Сопротивление эпитаксиальной области

Объемное сопротивление коллектора

Сопротивление базы при больших токах

Объемное сопротивление базы при нулевом смещении

Флаг квазинасыщения температурной зависимости

Множитель, определяющий заряд в эпитаксиальной области

Фазовый сдвиг на граничной частоте f = 1/(Tf

×

2

×

PI)

Коэффициент неидеальности перехода коллектор–подложка

Коэффициент неидеальности в инверсном режиме

Коэффициент неидеальности в нормальном режиме

Коэффициент неидеальности перехода база–эмиттер

Коффициент неидеальности перехода база–коллектор

Коэффициент неидеальности в режиме пробоя перехода

база–коллектор

Коэффициент плавности перехода коллектор–подложка

Коэффициент плавности перехода база–эмиттер

Коэффициент плавности перехода база–коллектор

Коэффициент спектральной плотности фликкер"шума

Параметр, определяющий зависимость Tf при больших токах

Обратный ток перехода коллектор–подложка

Обратный ток перехода база–эмиттер

Обратный ток перехода база–коллектор

Ток насыщения

Ток базы, при котором сопротивление базы уменьшается

на величину, равную половине разности между максимальным

и минимальным значениями

Ток начала спада коэффициента передачи в инверсном режиме

Ток начала спада коэффициента передачи в нормальном режиме

Коэффициент легирования эпитаксиальной области

Коэффициент нелинейности барьерных емкостей 

при прямом смещении

Ширина запрещенной зоны

Температурный коэффициент квазинасыщения скорости

рассасывания неосновных носителей

Температурный коэффициент квазинасыщения подвижности

неосновных носителей

Емкость перехода коллектор–подложка при нулевом смещении

Емкость перехода база–эмиттер при нулевом смещении

Емкость перехода база–коллектор при нулевом смещении

Пробивное напряжение перехода база–коллектор

Идеальный максимальный коэффициент передачи 

в инверсном режиме

Идеальный максимальный коэффициент передачи 

в нормальном режиме

Xti

Xtf

Xtb

Xcjc

Vtf

Vo

Vjs

Vje

Vjc

Vg

Var

Vaf

TBVcbo2

TBVcbo1

Trm2

Trm1

Tre2

Tre1

Trc2

Trc1

Trb2

Trb1

Tr

Tnom

Tf

Re

Rco

Rc

Rbm

Rb

Quasimod

Qco

Ptf

Ns

Nr

Nf

Ne

Nc

nBVcbo

Mjs

Mje

Mjc

Kf

Itf

Iss

Ise

Isc

Is

Irb

Ikr

Ikf

Gamma

Fc

Eg

D

Cn

Cjs

Cje

Cjc

BVcbo

Br

Bf

1

–

Показатель степени фликкер"шума

Af

Значение

по умолчанию

Единица

измерения

Параметр

Обозна)

чение

0

0

0

0

–

Ф/ед. длины

1/Ом/ед. длины

Гн/ед. длины

Количество единиц длины

Погонная емкость

Погонная проводимость

Погонная индуктивность

Len

С

G

L

0

Ом/ед. длины

Погонное сопротивление

R

Значение по умолчанию

Единица измерения

Параметр

Обозначение

проектирование

103

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • 

№ 7 '2009

Установив параметр модели Level = 9,

в LTSpice можно воспользоваться другой
моделью биполярного транзистора, VBIC,
являющейся расширенной модификацией
стандарной модели Гуммеля-Пуна, ориенти-
рованной на интегральные биполярные тран-
зисторы современных полупроводниковых
технологий.

Дополнительные возможности, которые

дает модель VBIC в сравнении со стандарт-
ной моделью Гуммеля-Пуна: 

••

интегрированный паразитный транзистор
подложки для интегральных схем;

••

модель лавинного пробоя база–эмиттер;

••

улучшенное моделирование эффекта Эрли;

••

физическое разделение Ic и Ib;

••

улучшенная модель барьерной емкости;

••

улучшенное температурное моделирование;

••

моделирование саморазогрева (в LTSpice
отсутствует).

Резистор

Имя символа: RES, RES2.
Синтаксис: Rxxx <узел 1> <узел 2> <сопро-

тивление> [tc=линейный температурный ко-
эффициент, квадратичный температурный
коэффициент, ѕ] [temp=<значение>].

Резистор представляется простым линей-

ным сопротивлением между узлами n1 и n2.
Температурная зависимость может быть оп-
ределена для каждого резистора встроенным
параметром 

tc

. Сопротивление R равно:

R=R0€

€(1+dt€tc1+dt€2€tc2+dt€3€tc3+ѕ),

где R0 — сопротивление при номинальной
температуре, а dt — разница между темпера-
турой резистора и номинальной температу-
рой.

Ключ, 
управляемый напряжением

Имя символа: SW. 
Синтаксис: Sxxx <узел 1> <узел 2> <управ-

ляющий узел+> <управляющий узел–> <имя
модели> [on,off].

Например:

S1 out 0 in 0 MySwitch 
.model MySwitch SW(Ron=.1 Roff=1Meg Vt=0 Vh=-.5 Lser=10n
Vser=.6)

Напряжение между узлами <управляющий

узел+> <управляющий узел–> управляет
полным сопротивлением ключа между узла-
ми <узел 1> и <узел 2>. Требуется опреде-
лить поведение ключа в директиве .MODEL.
В файле .\examples\Educational\Vswitch.asc
показан пример с размещением директивы
.MODEL непосредственно в схеме.

Параметры модели ключа, управляемого

напряжением, приведены в таблице 33.

Ключ имеет три различных способа управ-

ления напряжением, в зависимости от вели-
чины напряжения гистерезиза Vh. Если Vh
равно нулю, ключ всегда полностью замкнут
или разомкнут в зависимости от того, выше
или ниже порога входное напряжение. Если
Vh положительно, ключ имеет гистерезис, как
будто он управляется триггером Шмитта
с точками переключения Vt–Vh и Vt+Vh.
Vh равно половине напряжения между точка-
ми переключения, и в этом отличие от других
известных моделей. Если Vh отрицательно,
ключ плавно переключается между замкну-
тым и разомкнутым состояниями. Переклю-
чение происходит между управляющими на-
пряжениями Vt–Vh и Vt+Vh.

Есть модель ключа, управляемого напря-

жением, уровня 2, являющаяся более совер-

шенной версией ключа уровня 1 с отрица-
тельным гистерезисом. Ключ уровня 2 ни-
когда полностью ни замкнут, ни разомкнут.
Проводимость в функции управляющего на-
пряжения Vc:

g(Vc) = exp(A€atn((Vc–Vt)/Vh)+B),

где A = pi€(log(1/Ron)–log(1/Roff));

B = (log(1/Ron)+log(1/Roff)).

Переключение ключа уровня 2 до ограни-

чения тока плавное, а не внезапное. При фик-
сированном управляющем напряжении вольт-
амперная характеристика описывается урав-
нением:

I(V) = Ilimit€tanh(g(Vc)€V).

Ключ уровня 2 поддерживает режим про-

водимости только в одном направлении, ес-
ли установлен флаг 

oneway

или задано паде-

ние напряжения параметром 

Vser

. Плавность

переключения из проводящего состояния
в запертое может быть задана установкой па-
раметра 

epsilon

не равным нулю.

На рис. 57 показаны результаты моделиро-

вания различных вариантов ключа.

Линия передачи без потерь

Имя символа: TLINE.
Синтаксис: Txxx <узел порта L+> <узел

порта L–> <узел порта R+> <узел порта R–>
Zo=<значение> Td=<значение>. L+ и L– —
узлы одного порта. R+ и R– — узлы другого
порта. 

Zo

— полное характеристическое со-

противление. Длина линии определяется вре-
менем задержки сигнала 

Td

.

Распределенная RC-цепь

Имя символа: URC.
Синтаксис: Uxx <узел 1> <узел 2> <узел об-

щий> <имя модели> L=<len> [N=<lumps>].

N1 и N2 — два узла подключения к RC-цепи,

Ncom — узел, в которым связаны емкости.

LEN

— длина RC-цепи в метрах. 

Lumps

, если

задано, — количество RC-сегментов, исполь-
зуемых в моделировании RC-цепи. Если

www.kit)e.ru

Таблица 33. 

Параметры модели ключа, 

управляемого напряжением

∞

А

Ограничение тока

Ilimit

0

В

Последовательное напряжение

Vser

0

Гн

Последовательная индуктивность

Lser

Напряжение гистерезиса

Vh

1/Gmin

Ом

Сопротивление разомкнутого ключа

Roff

1

Ом

Сопротивление замкнутого ключа

Ron

Значение

по умол)

чанию

0

Пороговое напряжение

Vt

0

Параметр

Обозна)

чение

Единица

измерения

В

В

Рис. 57. 

Результаты моделирования ключа, управляемого напряжением

104

проектирование

КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ • 

№ 7 '2009

количество сегментов не задано, подбирает-
ся их подходящее количество.

Модель выполнена в макровиде. Сегмен-

ты RC находятся в геометрической пропор-
ции, с возрастающим отношением к середи-
не цепи с коэффициентом пропорциональ-
ности 

K

.

Цепь URC создается из сегментов, состоя-

щих из резистора и конденсатора, если же за-
дана не нулевая величина параметра ISPERL,
конденсаторы заменяются обратносмещен-
ными диодами с эквивалентной емкостью,
током насыщения ISPERL и дополнительным
последовательным эквивалентным сопротив-
лением RSPERL.

Параметры распределенной RC-цепи при-

ведены в таблице 34.

Источник напряжения

Имя символа: VOLTAGE, BATTERY.
Синтаксис: Vxxx <узел+> <узел–> <напря-

жение> [AC=<амплитуда>] [Rser=<значе-
ние>] [Cpar=<значение>]. Это источник по-
стоянного напряжения между узлами 

узел+

и

узел–

. Для AC-анализа как амплитуда ис-

точника на частоте анализа используется зна-
чение 

AC

. Могут быть заданы последователь-

ное сопротивление 

Rser

и параллельная ем-

кость 

Cpar

.

Эквивалентная схема источника напряже-

ния показана на рис. 58.

Источники напряжения исторически ис-

пользуются в SPICE для измерения тока
в цепи и как датчики тока для управляемых
током элементов, для чего в ветвь электри-
ческой цепи намеренно включается источник
напряжения с нулевым значением напряже-
ния. Если задано последовательное сопротив-

ление, источник напряжения не может быть
использован как датчик тока для F, H или W
элементов. Тем не менее, ток любого элемен-
та ветви цепи, включая источник напряже-
ния, можно отобразить.

Синтаксис: Vxxx <узел+> <узел–>

PULSE(V1 V2 Tdelay Trise Tfall Ton Tperiod
Ncycles). Так описывается источник импульс-
ного напряжения, параметры модели кото-
рого приведены в таблице 35.

Синтаксис: Vxxx <узел+> <узел->

SINE(Voffset Vamp Freq Td Theta Phi Ncycles).
Это форма записи источника синусоидаль-
ного напряжения, параметры его модели при-
ведены в таблице 36.

В течение времени, меньшего Td, или вре-

мени после завершения Ncycles выходное на-
пряжение равно:

Voffset+Vamp€sin (pi€phi/180).

В иное время напряжение равно:

Voffset+Vamp€exp(–(time–Td)€Theta)€
€sin(2€pi€Freq€(time–Td)+pi€phi/180).

Коэффициент демпфирования, 

Theta

, яв-

ляется аналогом постоянной времени спада.

Синтаксис: Vxxx <узел+> <узел–> EXP(V1

V2 Td1 Tau1 Td2 Tau2). Это — источник экс-
поненциального напряжения с параметрами
модели, приведенными в таблице 37.

В течение времени, меньшего Td1, выход-

ное напряжение — V1. Для времени между
Td1 и Td2 напряжение равно:

V1+(V2–V1)€

€(1–exp(–(time–Td1)/Tau1)).

В течение времени после Td2 напряжение

равно:

V1+(V2–V1)€

€(1–exp(–(time–Td1)/Tau1))+(I1–I2)€

€(1–exp(–(time–Td2)/Tau2)).

Синтаксис: Vxxx n+ n– SFFM(Voff Vamp

Fcar MDI Fsig). Так описывается источник си-
нусоидального напряжения с частотной мо-
дуляцией с параметрами модели, приведен-
ными в таблице 38.

Напряжение равно:

Voff+Vamp*sin((2.€pi€Fcar€time)+

+MDI€sin(2.€pi€Fsig€time)).

Синтаксис: Vxxx n+ n– PWL(t1 v1 t2 v2 t3

v3ѕ). Это источник напряжения с кусочно-
линейным сигналом, задаваемым координа-
тами точек излома (ti, vi).

В течение времени до t1 напряжение равно

v1. В течение времени между t1 и t2 напряже-
ние изменяется линейно от v1 до v2. Допус-
кается любое количество точек время–напря-
жение. Для времени после последнего значе-
ния напряжение равно последнему значению.

Синтаксис: Vxxx n+ n– wavefile=<имя фай-

ла> [chan=<nnn>]. Такая модель позволяет
использовать файл .wav в качестве входного
для LTSpice. <Имя файла> — это либо пол-
ный, абсолютный путь к файлу .wav, либо от-
носительный путь, определяемый каталогом,
содержащим моделируемую схему или спи-
сок соединений. Двойные кавычки могут ис-
пользоваться для определения пути. Файл
.wav может содержать до 65 536 каналов, про-
нумерованных от 0 до 65 535. Следует опре-
делить используемый канал. По умолчанию
используется первый канал под номером 0.
Файл .wav интерпретируется как имеющий
полную шкалу от –1 до 1 В. Этот источник
имеет применение только в .TRAN-анализе.

Рис. 58. 

Эквивалентная схема источника напряжения

Таблица 34. 

Параметры модели распределенной 

RC"цепи

0

Ом/м

Сопротивление диода на единицу длины

Rsperl

0

А/м

Ток насыщения на единицу длины

Isperl

Максимальная интересуемая частота

Fmax

1

×

10

–15

Ф/м

Погонная емкость

Cperl

1

кОм/м

Погонное сопротивление

Rperl

Значение 

по умол)

чанию

2

Постоянная распространения

K

1

Параметр

Обозна)

чение

Единица

измерения

–

ГГц/м

Таблица 35. 

Параметры модели источника

импульсного напряжения

Таблица 36. 

Параметры модели источника

синусоидального напряжения

число

с

с

с

с

с

В

Количество циклов 

(опускается для источника

с неограниченным количеством импульсов)

Период следования импульсов

Длительность импульса

Время спада

Время нарастания

Задержка

Значение напряжения в импульсе

Ncycles

Tperiod

Ton

Tf

Tr

Tdelay

Von

В

Начальное значение напряжения

Vof

Единица 

измерения

Параметр

Обозна)

чение

Таблица 37. 

Параметры модели источника

экспоненциального напряжения

с

с

с

с

В

Постоянная времени спада

Время задержки спада

Постоянная времени нарастания

Время задержки нарастания

Импульсное значение напряжения

Tau2

Td2

Tau1

Td1

V2

В

Начальное значение напряжения

V1

Единица 

измерения

Параметр

Обозна)

чение

Таблица 38. 

Параметры модели источника

синусоидального напряжения с частотной модуляцией

Амплитуда напряжения

Vamp

Гц

Частота сигнала

Fsig

–

Индекс модуляции

MDI

Гц

Несущая частота

Постоянное смещение

Voff

Fcar

Параметр

Обозначение

Единица измерения

В

В

число

Количество периодов 

(опускается для источника

с неограниченным количеством периодов)

Ncycles

°

Амплитуда напряжения

Vamp

Фаза синусоиды

Phi

1/с

Коэффициент демпфирования

Theta

с

Задержка

Td

Гц

Частота

Постоянное смещение

Voffset

Freg

Параметр

Обозна)

чение

Единица

измерения

В

В