СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №7/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 72 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2015 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 I d , А I d , А V ds , В V ds0 = 50 В, I ds0 = 200 мА V ds0 = 0 В, I ds0 = 0 мА DC mode 3,0 3,5 4,0 4,5 0 5 10 15 –0,6 В –0,6 В –1,0 В –1,0 В –1,4 В –1,4 В –0,6 В –0,2 В –0,2 В –0,2 В Время, мкс 0,2 В 0,2 В 0,2 В 0,6 В 0,6 В 1,0 В 1,0 В 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0,0 0 2 4 0,5 1,0 1,5 65 70 75 80 85 90 95 100 105 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 0,0 –9,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 –8,0 –7,0 –6,0 –5,0 –4,0 –3,0 –2,0 –1,0 0,0 1,0 2,0 Время Время I d , А I d , А V gs , В V gs , В Фиксиро- ванная рабочая точка Точка в импульсном режиме Количество и сложность измерений Важность тестирования для экстракции модели S-параметры Импульсные ВАХ Load Pull в частотной области Load Pull во временно ′ й области Малый сигнал Модель ВАХ Нелинейная ёмкость Термическая модель Эффекты захвата носителей на ловушках Rg Lg Cpg Ls Cpg Cds Dgs = f(Vgs) Dgs = f(Vgs,T) Cgs = f(Vgs) Dgd= f(Vgd) Dgd= f(Vgd, T) Cgd= f(Vgd) Rs = f(T) Rd = f(T) Ids = f(Vgs, Vds) Ids = f(Vgs, Vds, T) Ids = f(Vgs_trap, Vds, T) T Gm Gd Ggs Ggd Ld Rs Rd Rgd Ri Ls Исток Затвор Сток Rs Rg Lg Ld Rd Ri Rgd Rds Cds Cpg Cpd Igd Cgd Igs Igs Cgs занный на рисунке 2, состоит из сле- дующих этапов: ● экстракция линейной модели на основе результатов измерений мало- сигнальных S-параметров; ● экстракция нелинейной модели на основе результатов импульсных измерений ВАХ; ● моделирование нелинейных ёмко- стей на основе результатов синхрон- ных импульсных измерений ВАХ- и СВЧ-параметров; ● электротермическое моделирование с контролем температуры; ● моделирование эффекта захвата носителей заряда на ловушках. Кроме того, компактная модель тран- зистора также может быть подтверж- дена с помощью измерений методом согласованных нагрузок. Э КСТРАКЦИЯ ЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ Первым шагом в экстракции линей- ной модели является использование измеренных S-параметров для опреде- ления внешних паразитных элементов транзистора (R g , L g , C pg , R d , L d , C pd , R s и L s ), которые показаны на рисунках 3 и 4. После определения номиналов внеш- них элементов данные S-параметры могут быть пересчитаны для внут- ренней базовой плоскости модели, а набор значений внутренних пара- метров транзистора (C gs , C gd , G m , G d , C ds , R i , T au , R gd ) может быть получен на осно- ве известных уравнений, опубликован- ных в литературе [10, 11]. В процессе оптимизации модели основной задачей этапа линейного моделирования является определение величин внешних параметров, кото- рые, в свою очередь, позволяют полу- чить набор внутренних параметров с постоянными по частоте значения- ми. Во время оптимизации измеренные и смоделированные S-параметры срав- ниваются между собой во всей поло- се частот СВЧ-сигнала. Измеренные S-параметры преобразуются в соот- ветствующие Y- и Z-параметры. Затем эти Y- и Z-параметры можно сравни- вать во внешней и внутренней плоско- стях моделирования. Э КСТРАКЦИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ВАХ В процессе экстракции нелинейной модели используются импульсные измерения ВАХ для изучения зависи- мости рабочих характеристик от тем- Рис. 2. Порядок экстракции компактной модели полевого транзистора Рис. 3. Эквивалентная схема компактной модели полевого транзистора Рис. 4. Измерения, необходимые для получения компактной модели Рис. 5. Вольт-амперные характеристики при постоянном токе и в импульсном режиме © СТА-ПРЕСС