Современная электроника №8/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2019 Разработка моделей для проектирования усилителей мощности в NI AWR Design Environment Рис. 1. Эквивалентная схема транзистора с внешними паразитными элементами Современные системы автоматизированного проектирования предлагают широкие возможности для создания и верификации моделей активных компонентов. В статье описывается процесс создания таких библиотек с учётом особенностей техпроцесса GH25 в САПР NI AWR Design Environment. Валерия Брюнель, Эрик Леклерк (UMS) , Дэвид Вай (AWR Group, National Instruments) Прогрессивные полупроводнико- вые технологии играют важную роль в высокочастотных системах связи новых поколений, основной тенденци- ей развития которых является переход в область волн миллиметрового диапа- зона. Поддержка процессов проекти- рования и доступность моделей, соот- ветствующих этим полупроводнико- вым технологиям – ключевой фактор успешной разработки устройств и ком- понентов. В свою очередь, системы автоматизированного проектирования должны тесно сотрудничать с ведущи- ми производителями для обеспечения высокой интеграции программного обеспечения и особенностей техпро- цессов, а также способствовать сокра- щению временны ′ х и материальных затрат на разработку устройств. Ниже описывается процесс создания, верификации и применения моделей активных устройств на основе широ- козонных соединений А3В5 производ- ства United Monolithic Semiconductors (UMS), а именно – техпроцесса GH25 (GaN на карбиде кремния, длина затво- ра 0,25 мкм), предназначенного для создания усилителей мощности мил- лиметрового диапазона в современ- ных системах связи и радиолокации. Точность создаваемых моделей прове- ряется путём симуляций и измерений тестового проекта, разработанного при помощи специализированной библи- отеки GH25 в составе NI AWR Design Environment. М ОДЕЛИРОВАНИЕ НИТРИДНЫХ КОМПОНЕНТОВ Короткозатворные транзисторы из нитрида галлия уже зарекомендовали себя как перспективные устройства для усилителей мощности миллиметрового диапазона волн. Благодаря более высо- ким рабочим напряжениям и меньшим паразитным компонентам, нитридные транзисторы обеспечивают более высо- кие рабочие мощности, более широкую полосу и больший коэффициент пре- образования по сравнению с их ана- логами из арсенида галлия. Для того чтобы получить возможность исполь- зовать перечисленные преимущества, разработчикам необходимы масштаби- руемые модели для схемотехническо- го анализа, максимально точно соот- ветствующие реальному поведению устройства. Существует три основных типа моде- лей активных устройств для использо- вания в симуляции: физические, пове- денческие и компактные. Физические модели учитывают физику работы устройства для описания его характе- ристик, но слишком сложны для при- менения в моделировании. Поведен- ческие модели обычно используются в системном моделировании для рас- чёта параметров системы в целом, рас- сматривая её как некий «чёрный ящик», но они недостаточно точны и подроб- ны для учёта многих важных особенно- стей усилителей. Компактные модели можно назвать компромиссным методом, поскольку они используют подстройку матема- тических функций и значений параме- тров для наиболее точного повторения измеренных характеристик реального устройства, таких как ВАХ в импульс- ном режиме или параметры рассея- ния (S-параметры). Разумеется, очень важно, чтобы модель повторяла отклик транзистора во всём рабочем диапа- зоне с достаточной точностью, чтобы обеспечить надёжное представление устройства во время симуляции. Мате- матические параметры модели являют- ся эмпирическими, однако в них долж- ны быть учтены базовые физические закономерности для того, чтобы сде- лать возможной качественную экстра- поляцию данных при выходе за уста- новленные рабочие рамки модели. Подстройка параметров компакт- ной модели в соответствии с резуль- татами измерений позволяет создавать целые библиотеки, которые в дальней- шем используются в таких САПР, как NI AWR Design Environment для модели- рования сложных монолитных инте- гральных схем, в состав которых вхо- дят рассматриваемые устройства, а так- же соответствующие схемы питания и согласования в условиях возбуждения высокочастотными сигналами. Библи- отеки также включают в себя информа- цию об электрических, физических и топологических характеристиках, обе- G L g R g R i R s L s S C ps Паразитные элементы Внутренние нелинейные элементы R gd R d C pd C ds L d D C pg I gs ( V gs , V ds ) C gs ( V gs , V ds ) C gd ( V gs , V ds ) I gd ( V gs , V ds ) I ds ( V gs , V ds )