專利名稱：雙極晶體管仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及一種雙極晶體管仿真方法。
背景技術(shù)：
雙極晶體管是現(xiàn)代半導(dǎo)體集成電路中經(jīng)常采用的器件之一。特別在高速模擬集成 電路的設(shè)計(jì)中，該器件有廣泛的應(yīng)用。因此，雙極晶體管的器件模型仿真精度直接影響到 相關(guān)集成電路的設(shè)計(jì)精度，而科學(xué)的模型參數(shù)的提取方法是保障器件模型精度的關(guān)鍵。目 前，雙極晶體管的器件模型多采用Gummel-Poon模型，該模型包括幾十個(gè)不同的模型參數(shù)， 其中和基區(qū)電阻相關(guān)的器件模型參數(shù)有三個(gè)，即RB、RBM和IRB，其中RB為雙極晶體管集 電極小電流工作時(shí)的基區(qū)電阻，RBM為雙極晶體管集電極大電流工作時(shí)的基區(qū)電阻，IRB為 基區(qū)電阻從RB過渡到RBM過程中雙極晶體管集電極的中等電流，雙極晶體管集電極小電 流為小于設(shè)定值一的電流，大電流為大于設(shè)定值二的電流，中等電流為大于等于設(shè)定值一 小于等于設(shè)定值二的電流，作為一示例，雙極晶體管集電極小電流為小于luA，大電流為大 于10uA，中等電流為大于等于IuA同時(shí)小于等于10uA。和基區(qū)電阻相關(guān)的此三個(gè)模型參數(shù) 的精確提取一直是業(yè)界公認(rèn)的難點(diǎn)，盡管業(yè)界陸續(xù)提出過一些基區(qū)電阻模型參數(shù)的提取方 法，但往往只注重于直流測(cè)試的數(shù)據(jù)和模型對(duì)雙極晶體管的各種直流特性的擬合，而忽略 雙極晶體管基區(qū)電阻模型參數(shù)對(duì)其高頻特性的影響，提取出的基區(qū)電阻相關(guān)的器件模型只 在直流特性的仿真方面具有一定的精度，在射頻仿真時(shí)模型參數(shù)的仿真精度卻往往較差， 從而導(dǎo)致雙極晶體管器件模型的整體仿真精度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種雙極晶體管仿真方法，考慮雙極晶體管基區(qū) 電阻模型參數(shù)對(duì)其高頻特性的影響，對(duì)雙極晶體管整體特性有較高的仿真精度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的雙極晶體管仿真方法，采用Gummel-Poon雙極晶 體管模型對(duì)雙極晶體管仿真，所述Gummel-Poon雙極晶體管模型中的模型參數(shù)包括三個(gè) 與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù)RB、RBM和IRB，其中RB為雙極晶體管集電極小電流工作時(shí)的 基區(qū)電阻，RBM為雙極晶體管集電極大電流工作時(shí)的基區(qū)電阻，IRB為基區(qū)電阻從RB過渡到 RBM過程中雙極晶體管集電極的中等電流；三個(gè)和集電結(jié)電容相關(guān)的模型參數(shù)CJC、VJC和 MJC，在物理意義上，CJC是零偏壓時(shí)的集電結(jié)電容值，VJC是集電結(jié)電容的電壓系數(shù)，用于 擬合集電結(jié)電容與偏壓的關(guān)系曲線中偏壓為正部分的數(shù)據(jù)，MJC是集電結(jié)電容的擬合系數(shù)， 用于擬合集電結(jié)電容與偏壓的關(guān)系曲線中偏壓為負(fù)部分的數(shù)據(jù)；和截止頻率相關(guān)的三個(gè)模 型參數(shù)TF、ITF和VTF，在物理意義上，TF是晶體管的渡越時(shí)間，用于擬合截止頻率與集電 極電流的關(guān)系曲線的最高值，ITF是晶體管的渡越時(shí)間的電流系數(shù)，用于擬合截止頻率與集 電極電流的關(guān)系曲線中大電流區(qū)域的數(shù)據(jù)，VTF是晶體管的渡越時(shí)間的電壓系數(shù)，用于擬合 截止頻率與集電極電流的關(guān)系曲線隨集電極電壓的變化規(guī)律；其特征在于，所述Gummel-Poon雙極晶體管模型中的三個(gè)與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù)通過以下方法確定一 .對(duì)雙極晶體管進(jìn)行在不同偏壓下集電結(jié)電容的射頻測(cè)試，測(cè)試得到集電結(jié)電 容Cbc與集電結(jié)偏壓的關(guān)系曲線，根據(jù)測(cè)試得到集電結(jié)電容Cbc與集電結(jié)偏壓的關(guān)系曲線， 用數(shù)值優(yōu)化和曲線擬合的方法，得到和集電結(jié)電容相關(guān)的三個(gè)模型參數(shù)CJC、VJC和MJC， 從而得到在不同偏壓條件下集電結(jié)電容Cbc的值；二 .對(duì)雙極晶體管進(jìn)行在不同集電極電流下的小信號(hào)射頻測(cè)試，測(cè)試得到雙極晶 體管的截止頻率Ft與集電極電流的關(guān)系曲線，以及雙極晶體管的最高振蕩頻Fmax與集電 極電流的關(guān)系曲線；三.根據(jù)雙極晶體管的截止頻率Ft與集電極電流的關(guān)系曲線，用數(shù)值優(yōu)化和曲線 擬合的方法，得到和截止頻率相關(guān)的三個(gè)模型參數(shù)TF、ITF和VTF，從而得到在不同集電極 電流條件下雙極晶體管的截止頻率Ft的值；四.根據(jù)得到的雙極晶體管的最高振蕩頻Fmax與集電極電流的關(guān)系曲線、不同 偏壓下條件下集電結(jié)電容Cbc的值、不同電流條件下雙極晶體管的截止頻率Ft，依據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種雙極晶體管仿真方法，采用Gummel-P00n雙極晶體管模型對(duì)雙極晶體管仿真， 所述Gummel-Poon雙極晶體管模型中的模型參數(shù)包括三個(gè)與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù) RB、RBM和IRB，其中RB為雙極晶體管集電極小電流工作時(shí)的基區(qū)電阻，RBM為雙極晶體管 集電極大電流工作時(shí)的基區(qū)電阻，IRB為基區(qū)電阻從RB過渡到RBM過程中雙極晶體管集電 極的中等電流；三個(gè)和集電結(jié)電容相關(guān)的模型參數(shù)CJC、VJC和MJC，在物理意義上，CJC是 零偏壓時(shí)的集電結(jié)電容值，VJC是集電結(jié)電容的電壓系數(shù)，用于擬合集電結(jié)電容與偏壓的關(guān) 系曲線中偏壓為正部分的數(shù)據(jù)，MJC是集電結(jié)電容的擬合系數(shù)，用于擬合集電結(jié)電容與偏壓 的關(guān)系曲線中偏壓為負(fù)部分的數(shù)據(jù)；和截止頻率相關(guān)的三個(gè)模型參數(shù)TF、ITF和VTF，在物 理意義上，TF是晶體管的渡越時(shí)間，用于擬合截止頻率與集電極電流的關(guān)系曲線的最高值， ITF是晶體管的渡越時(shí)間的電流系數(shù)，用于擬合截止頻率與集電極電流的關(guān)系曲線中大電 流區(qū)域的數(shù)據(jù)，VTF是晶體管的渡越時(shí)間的電壓系數(shù)，用于擬合截止頻率與集電極電流的關(guān) 系曲線隨集電極電壓的變化規(guī)律；其特征在于，所述Gummel-Poon雙極晶體管模型中的三個(gè)與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù) 通過以下方法確定一.對(duì)雙極晶體管進(jìn)行在不同偏壓下集電結(jié)電容的射頻測(cè)試，測(cè)試得到集電結(jié)電容 Cbc與集電結(jié)偏壓的關(guān)系曲線，根據(jù)測(cè)試得到集電結(jié)電容Cbc與集電結(jié)偏壓的關(guān)系曲線，用 數(shù)值優(yōu)化和曲線擬合的方法，得到和集電結(jié)電容相關(guān)的三個(gè)模型參數(shù)CJC、VJC和MJC，從 而得到在不同偏壓條件下集電結(jié)電容Cbc的值；二 .對(duì)雙極晶體管進(jìn)行在不同集電極電流下的小信號(hào)射頻測(cè)試，測(cè)試得到雙極晶體管 的截止頻率Ft與集電極電流的關(guān)系曲線，以及雙極晶體管的最高振蕩頻Fmax與集電極電 流的關(guān)系曲線；三.根據(jù)雙極晶體管的截止頻率Ft與集電極電流的關(guān)系曲線，用數(shù)值優(yōu)化和曲線擬合 的方法，得到和截止頻率相關(guān)的三個(gè)模型參數(shù)TF、ITF和VTF，從而得到在不同集電極電流 條件下雙極晶體管的截止頻率Ft的值；四.根據(jù)得到的雙極晶體管的最高振蕩頻Fmax與集電極電流的關(guān)系曲線、不同偏 壓下條件下集電結(jié)電容Cbc的值、不同電流條件下雙極晶體管的截止頻率Ft，依據(jù)公式Fmax = J——^——，得到在不同電流條件下雙極晶體管的基區(qū)電阻Rb的值； V 8λ· χ Rb χ Cbc五.根據(jù)得到的不同電流條件下雙極晶體管的基區(qū)電阻Rb的值，確定雙極晶體管模型 中的三個(gè)與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù)RB、IRB和RBM。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極晶體管仿真方法，其特征在于，所述雙極晶體管集電極 小電流為小于設(shè)定值一的電流，大電流為大于設(shè)定值二的電流，中等電流為大于等于設(shè)定 值一小于等于設(shè)定值二的電流，所述小信號(hào)為功率小于設(shè)定值的射頻信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙極晶體管仿真方法，其特征在于，所述雙極晶體管集電極 小電流為小于IuA的電流，大電流為大于IOuA的電流，中等電流為大于等于IuA小于等于 IOuA的電流，所述小信號(hào)為功率小于IOuW射頻信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極晶體管仿真方法，采用Gummel-Poon模型對(duì)雙極晶體管仿真，保持電阻模型參數(shù)對(duì)雙極晶體管的各種直流特性的擬合，同時(shí)考慮雙極晶體管基區(qū)電阻對(duì)其高頻特性的較大影響，在確定Gummel-Poon雙極晶體管模型中的三個(gè)與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù)時(shí)，利用雙極晶體管在不同工作狀態(tài)下不同的高頻特性，提取出三個(gè)與基區(qū)電阻相關(guān)的模型參數(shù)，從而保證了雙極晶體管基區(qū)電阻模型參數(shù)在高頻條件下的擬合精度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙極晶體管整體特性的高精度仿真。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102063516SQ20091020183
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者周天舒 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司