СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 70 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 Физическая модель Конвергенция Рабочий диапазон Физические процессы Удобство разработки схем Простота Точность экстраполяции Компактная модель Поведенческая модель Компактная модель транзистора: план действий для успешной разработки усилителя Рис. 1. Типы моделей приборов при больших сигналах В статье описаны особенности построения компактной модели СВЧ-транзистора, которая позволяет создать эффективное проектное решение, ускорить процесс разработки усилителя, снизить трудоёмкость работ и в сжатые сроки вывести на рынок новое изделие. Тони Гасселинг, компания AMCAD Engineering (Франция) Перевод: Елена Кириленко Разработчики СВЧ-транзисторов используют современные модели транзисторов со времён их появле- ния в середине 1970-х гг. Такие моде- ли позволили инженерам создавать новые топологии транзисторов без необходимости реализации множе- ства прототипов и выполнения мно- гочисленных итераций. Как выбрать подходящую модель среди множества существующих подходов? На сегод- няшний день наиболее часто приме- няют следующие три типа моделей: физическую модель, компактную модель и поведенческую модель. Физические модели, как следует из названия, основаны на физических принципах работы устройства, изго- товленного по конкретной технологии. Эти модели относятся к самому транзи- стору, а не к общей схеме. Особенность этой модели заключается в использо- вании сложной системы уравнений, что может привести к трудоёмкому и затратному по времени процессу моделирования. Преимуществомфизи- ческой модели является то, что по срав- нению с другими моделями пределы её использования весьма широки, так как уравнения описывают сложные физи- ческие законы, а не результаты реаль- ных измерений. Компактные модели транзисторов, которые построены на результатах измерения вольт-амперных характе- ристик (ВАХ) и S-параметров, позво- ляют разработчикам уделить основ- ное внимание проектированию схем, а не транзисторов. Компактные модели транзисторов, полученные на основе измерения ВАХ и S-параметров в ква- зи-изотермических условиях и под- тверждённые с помощью измерений методом согласования нагрузок, содер- жат сокращённое количество пара- метров. В отличие от других типов моделей, компактные модели учиты- вают такие сложные явления, как элек- тротермические эффекты и эффекты захвата носителей заряда на ловуш- ках. Моделирование работы транзи- сторов в нелинейных режимах позво- ляет в дальнейшем с высокой точно- стью прогнозировать характеристики усилителя при воздействии сложных модулированных сигналов (напри- мер, амплитуда вектора ошибок (EVM) и коэффициент мощности в смежном канале (ACPR)), поскольку учитывают- ся низкочастотные и высокочастотные эффекты памяти. Компактные модели оптимальны для бескорпусных тран- зисторов (кристаллов), так как их раз- работка основывается на измерениях ВАХ и S-параметров, которые не вызы- вают затруднений и не требуют мно- го времени. Модели для транзисто- ров в корпусе должны включать в себя модель кристалла, модель соединений, а также модель корпуса, поэтому их создание более трудоёмко и связано с дополнительными затратами. Поведенческие модели, основанные на измерениях в частотной области, менее гибки, чем физические и ком- пактные модели, однако могут быть без труда разработаны для любых типов компонентов (в том числе, бес- корпусных транзисторов и транзисто- ров в корпусе). Поведенческие моде- ли считаются моделями типа «чёрный ящик», в которых известными являются только отклики компонента на некий входной сигнал управления, поэтому такие модели корректны только при определённых рабочих условиях. Этот тип моделей находится в стадии про- ведения активных разработок. Недав- но такой тип модели был усовершен- ствован тем, что в ней стали учитывать эффекты памяти [1, 2], однако, будучи табличной моделью, она не может быть такой же полной и завершённой, как модель, построенная на основе урав- нений. Очевидно, что любой тип модели, будь то физическая, компактная или поведенческая, имеет свои преиму- щества и недостатки, как показано на рисунке 1. Хотя не существует универ- сальной модели для всех случаев, ком- пактные модели транзисторов обеспе- чивают кратчайшие сроки разработки при максимальной гибкости для бес- корпусных транзисторов. Разработка компактных моделей транзисторов была и остаётся важ- ным направлением деятельности университетов и институтов по все- му миру [3–9]. По этой причине опу- бликовано большое количество работ, посвящённых исследованиям в этой области. В данной статье основное внимание уделено описанию про- цесса экстракции моделей полевых транзисторов с широкой запрещён- ной зоной, в частности, полевых тран- зисторов на нитриде галлия (GaN). Идеальная компактная модель GaN- транзистора должна точно описывать работу устройства при различных зна- чениях температур, напряжений сме- щения и СВЧ-мощности. Процесс раз- работки компактной модели полевого транзистора на нитриде галлия, пока- © СТА-ПРЕСС