ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡΣ ΚΑΙ ΔΙΟΔΟΙ
Γενικά
Ο παράγοντας area που χρησιμοποιείται στη δίοδο, BJT, JFET και MESFET εξαρτήματα, καθορίζει τον αριθμό των ισοδύναμων παράλληλων εξαρτημάτων ενός συγκεκριμένου μοντέλου. Οι affected παράμετροι είναι σημειωμένες με ένα αστερίσκο κάτω από την επικεφαλίδα 'area', στην περιγραφή του μοντέλου πιο κάτω. Μερικοί γεωμετρικοί παράγοντες που σχετίζονται με το κανάλι (channel), τις drain και source διαχύσεις (diffusions) μπορούν να ορισθούν στην MOSFET device line.
Δύο διαφορετικές φόρμες από αρχικές συνθήκες μπορεί να ορισθούν για κάποια εξαρτήματα. Η πρώτη φόρμα περιλαμβάνεται για να βελτιώσει την dc σύγκλιση (convergence) για κυκλώματα τα οποία περιέχουν περισσότερες από μία σταθερές καταστάσεις. Αν ένα εξάρτημα έχει ορισθεί OFF, το dc σημείο λειτουργίας καθορίζεται με τις τερματικές τάσεις (terminal voltages) για αυτό το εξάρτημα που έχουν τεθεί στο μηδέν. Αφού έχει επιτευχθεί, το πρόγραμμα συνεχίζει να επαναλαμβάνει να αποκτήσει την τελική τιμή για τις τερματικές τάσεις. Αν ένα εξάρτημα έχει πάνω από μία dc σταθερή κατάσταση (dc stable state), η επιλογή OFF μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ωθήσει τη λύση να ανταποκριθεί σε μία επιθυμητή κατάσταση. Όταν ένα εξάρτημα έχει ορισθεί OFF, όταν στην πραγματικότητα το εξάρτημα άγει, το πρόγραμμα ακόμη προσπαθεί να αποκτήσει την σωστή λύση (υποθέτοντας την σύγκλιση λύσεων) αλλά απαιτούνται περισσότερες επαναλήψεις από τη στιγμή που το πρόγραμμα πρέπει ανεξάρτητα να συγκλίνει σε δύο ξεχωριστές λύσεις. Η .NODESET control line έχει ένα παρόμοιο σκοπό με την επιλογή OFF. Η επιλογή .NODESET είναι πιο εύκολη να εφαρμοσθεί και είναι το προτεινόμενο μέσο για να βοηθήσει στην σύγκλιση.
Η δεύτερη φόρμα αρχικών συνθηκών καθορίζεται για χρήση με την transient ανάλυση. Αυτές είναι αληθινές "αρχικές συνθήκες" σε αντίθεση με την βοήθεια της σύγκλισης παραπάνω. Στην περιγραφή της .IC control line και της .TRAN control line υπάρχει λεπτομερής εξήγηση των αρχικών συνθηκών.
Junction Diodes
Γενική μορφή :
DXXXXXXX N+ N- MNAME <AREA>> <OFF> <IC=VD> <TEMP>
Παραδείγματα :
DBRIDGE 2 10 DIODE1
DCLMP 3 7 DMOD 3.0 IC=0.2
Ν+ και Ν- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι, αντίστοιχα. ΜΝΑΜΕ είναι το όνομα του μοντέλου, AREA είναι ο παράγοντας area και το OFF δείχνει μία (προαιρετική) αρχική συνθήκη στο εξάρτημα, για dc ανάλυση. Αν ο παράγοντας area παραλείπεται, υποτίθεται μία τιμή 1.0 . Ο (προαιρετικός) καθορισμός αρχικής συνθήκης χρησιμοποιώντας το IC=VD προορίζεται για χρήση με την επιλογή UIC στην .TRAN control line, όταν θέλουμε μία transient ανάλυση, να αρχίζει από ένα άλλο παρά από το ακίνητο, σημείο λειτουργίας. Η (προαιρετική) τιμή TEMP είναι η θερμοκρασία στην οποία το εξάρτημα πρόκειται να λειτουργήσει και υπερισχύει του καθορισμού θερμοκρασίας στην .OPTION control line.
Μοντέλο διόδου (D)
Τα dc χαρακτηριστικά της διόδου καθορίζονται από τις παραμέτρους IS και N. Μία ωμική αντίσταση RS, περιλαμβάνεται. Οι επιδράσεις αποθήκευσης φορτίου μοντελοποιούνται με έναν χρόνο διέλευσης, Τ Τ, και με μία μη-γραμμική χωρητικότητα του στρώματος αραίωσης (depletion layer), η οποία καθορίζεται από τις παραμέτρους CO, VJ και Μ. Η εξάρτηση θερμοκρασίας του ρεύματος κορεσμού καθορίζεται από τις παραμέτρους EG, την ενέργεια και XTI, τον εκθέτη θερμοκρασίας του ρεύματος κορεσμού (saturation current temperature exponent). Η ονομαστική (nominal) θερμοκρασία στην οποία αυτές οι παράμετροι μετρήθηκαν είναι TNOM, η οποία καθορίζει τις τιμές του κυκλώματος που ορίζονται στην .OPTIONS control line. Η ανάστροφη διάσπαση (reverse breakdown) μοντελοποιείται από μία εκθετική αύξηση στο ανάστροφο ρεύμα διόδου και καθορίζεται από τις παραμέτρους BV και IBV (και οι δύο είναι θετικοί αριθμοί).
| Όνομα | Παράμετρος | Μονάδες | Default | Παράδειγμα | Area | |
| 1 | IS | Ρεύμα κορεσμού | Α | 1.0e-14 | 1.0e-14 | * |
| 2 | RS | Ωμική αντίσταση | Ω | 0 | 10 | * |
| 3 | N | Συντελεστής μετάδοσης | - | 1 | 1.0 | - |
| 4 | TT | Transient time | Sec | 0 | o.1ns | - |
| 5 | CJO | Zero-bias junction capacitance | F | 0 | 2pF | * |
| 6 | VJ | Junction potential | V | 1 | 0.6 | - |
| 7 | M | Grading coefficient | - | 0.5 | 0.5 | - |
| 8 | EG | Activation energy | EV | 1.11 | 1.11 Si 0.69 Sbd 0.67 Ge | - |
| 9 | XTI | Saturation current temp. exponent | - | 3.0 | 3.0 jn 2.0 Sbd | - |
| 10 | KF | Flicker noise coefficient | - | 0 | - | - |
| 11 | AF | Flicker noise exponent | - | 1 | - | - |
| 12 | FC | Coefficient for forward-bais depletion capacitance formula | - | 0.5 | - | - |
| 13 | BV | Reverse breakdown voltage | V | Άπειρο | 40.0 | - |
| 14 | IBV | Current at breakdown voltage | A | 1.0e-3 | - | - |
| 15 | TNOM | Parameter measurement temperature | C | 27 | 50 | - |
Bipolar Junction Transistors (BJT)
Γενική μορφή :
QXXXXXXX NC NB NE <NS> MNAME <AREA> <OFF> <IC=VBE, VCE> <TEMP=T>
Παραδείγματα :
Q23 10 24 13 QMOD IC=0.6, 5.0
Q50A 11 26 4 20 MOD1
Τα NC, NB και NE είναι οι κόμβοι συλλέκτη (collector), βάσης (base) και εκπομπού (emitter) , αντίστοιχα. NS είναι ο (προαιρετικός) κόμβος υποστρώματος. Αν δεν έχει ορισθεί, χρησιμοποιείται γείωση. ΜΝΑΜΕ είναι το όνομα του μοντέλου, AREA είναι ο παράγοντας περιοχής, και το OFF δείχνει μία (προαιρετική) αρχική συνθήκη για το εξάρτημα, για την dc ανάλυση. Αν ο παράγοντας area παραλείπεται, θεωρείται η τιμή 1.0 . Ο καθορισμός της (προαιρετικής) αρχικής συνθήκης IC=VBE,VCE πρόκειται να χρησιμοποιηθεί με την επιλογή UIC στην .TRAN control line, όταν θέλουμε μία transient ανάλυση να ξεκινάει από ένα σημείο άλλο του ακίνητου σημείου λειτουργίας. Έναν καλύτερο τρόπο για να θέτουμε transient αρχικές συνθήκες, μπορούμε να δούμε στην περιγραφή της .IC control line. Η (προαιρετική) τιμή TEMP είναι η θερμοκρασία στην οποία το εξάρτημα πρόκειται να λειτουργήσει και υπερισχύει της θερμοκρασίας που έχει ορισθεί στην .OPTION control line.
BJT Μοντέλα (NPN / PNP)
Το μοντέλο του bipolar junction transistor στο SPICE είναι μία διασκευή του μοντέλου ελέγχου ολοκλήρωσης φόρτισης (integral charge control model) των Gummel και Poon. Αυτό το τροποποιημένο Gummel - Poon μοντέλο επεκτείνει το αυθεντικό μοντέλο να περιλάβει κάποιες επιδράσεις σε σε υψηλά επίπεδα πόλωσης. Το μοντέλο αυτόματα απλοποιείται στο απλούστερο Ebers-Moll μοντέλο όταν κάποιες συγκεκριμένες παράμετροι δεν ορίζονται. Τα ονόματα των παραμέτρων που χρησιμοποιούνται στο τροποποιημένο Gummel - Poon μοντέλο, έχουν επιλεχθεί έτσι ώστε να περισσότερο ευκολονόητα στον χρήστη του προγράμματος και να ανακλούν καλύτερα την φυσική αλλά και την σχεδιαστική σκέψη.
Το dc μοντέλο καθορίζεται από τις παραμέτρους IS, BF, NF, ISE, IKF και NE οι οποίες καθορίζουν τα χαρακτηριστικά κέρδους ρεύματος (forward current gain), τις IS, BR, NR, ISC, IKR και NC οι οποίες καθορίζουν τα χαρακτηριστικά κέρδους του ανάστροφου ρεύματος (reverse current gain) και τις VAF και VAR οι οποίες καθορίζουν την αγωγιμότητα (conductance) εξόδου για την κανονική (forward) αλλά και την ανάστροφη (reverse) περιοχή. Περιέχονται τρεις ωμικές αντιστάσεις RB, RC και RE , όπου η RB μπορεί να εξαρτάται από μεγάλο ρεύμα. Η αποθήκευση φόρτισης στην βάση μοντελοποιείται από forward και reverse χρόνο διέλευσης, TF και TR - αν είναι επιθυμητό ο forward χρόνος διέλευσης TF γίνεται εξαρτώμενος από την πόλωση - και μη γραμμικές χωρητικότητες αραίωσης στρώματος (depletion layer capacitances) οι οποίες καθορίζονται από τα CJE, VJE και MJE για την ένωση B-E, CJC, VJC και MJC για την Β-C ένωση, και CJS, VJS και MJS για την ένωση C-S (collector-substrtate). Η εξάρτηση θερμοκρασίας του ρεύματος κορεσμού, IS, καθορίζεται από το ενεργειακό χάσμα (energy gap), EG, και τον εκθέτη θερμοκρασίας ρεύματος κορεσμού (saturation current temperature exponent), XTI. Επί προσθέτως η εξάρτηση θερμοκρασίας ρεύματος βάσης μοντελοποιείται από beta εκθέτη θερμοκρασίας (beta temperature exponent) XTB στο νέο μοντέλο. Οι τιμές που ορίζονται, υποτίθεται ότι έχουν μετρηθεί σε θερμοκρασία ΤΝΟΜ, η οποία μπορεί να καθορισθεί στην .OPTIONS control line ή να υπερκερασθεί από έναν καθορισμό στην .MODEL line.
Οι BJT παράμετροι που χρησιμοποιούνται στο τροποποιημένο Gummel-Poon μοντέλο ακολουθούν παρακάτω. Τα ονόματα των παραμέτρων σε παλαιότερες εκδόσεις του SPICE2 γίνονται δεκτά.
Παράμετροι τροποποιημένου Gummel-Poon BJT :
| name | parameter | units | default | example | area | |
| 1 | IS | transport saturation current | A | 1.0e-16 | 1.0e-15 | * |
| 2 | BF | ideal maximum forward beta | - | 100 | 100 | |
| 3 | NF | forward current emission coefficient | - | 1.0 | 1 | |
| 4 | VAF | forward Early voltage | V | infinite | 200 | |
| 5 | IKF | corner for forward beta high current roll-off | A | infinite | 0.01 | * |
| 6 | ISE | B-E leakage saturation current | A | 0 | 1.0e-13 | * |
| 7 | NE | B-E leakage emission coefficient | - | 1.5 | 2 | |
| 8 | BR | ideal maximum reverse beta | - | 1 | 0.1 | |
| 9 | NR | reverse current emission coefficient | - | 1 | 1 | |
| 10 | VAR | reverse Early voltage | V | infinite | 200 | |
| 11 | IKR | corner for reverse beta high current roll-off | A | infinite | 0.01 | * |
| 12 | ISC | leakage saturation current | A | 0 | 8 | |
| 13 | NC | leakage emission coefficient | - | 2 | 1.5 | |
| 14 | RB | zero bias base resistance | Ω | 0 | 100 | * |
| 15 | IRB | current where base resistance falls halfway to its min value | A | infinte | 0.1 | * |
| 16 | RBM | minimum base resistance at high currents | Ω | RB | 10 | * |
| 17 | RE | emitter resistance | Ω | 0 | 1 | * |
| 18 | RC | collector resistance | Ω | 0 | 10 | * |
| 19 | CJE | B-E zero-bias depletion capacitance | F | 0 | 2pF | * |
| 20 | VJE | B-E built-in potential | V | 0.75 | 0.6 | |
| 21 | MJE | B-E junction exponential factor | - | 0.33 | 0.33 | |
| 22 | TF | ideal forward transit time | sec | 0 | 0.1ns | |
| 23 | XTF | coefficient for bias dependence of TF | - | 0 | ||
| 24 | VTF | voltage describing VBC dependence of TF | V | infinite | ||
| 25 | ITF | high-current parameter for effect on TF | A | 0 | * | |
| 26 | PTF | excess phase at freq=1.0/(TF*2PI) Hz | deg | 0 | ||
| 27 | CJC | B-C zero-bias depletion capacitance | F | 0 | 2pF | * |
| 28 | VJC | B-C built-in potential | V | 0.75 | 0.5 | |
| 29 | MJC | B-C junction exponential factor | - | 0.33 | 0.5 | |
| 30 | XCJC | fraction of B-C depletion capacitance connected to internal base node | - | 1 | ||
| 31 | TR | ideal reverse transit time | sec | 0 | 10ns | |
| 32 | CJS | zero-bias collector-substrate capacitance | F | 0 | 2pF | * |
| 33 | VJS | substrate junction built-in potential | V | 0.75 | ||
| 34 | MJS | substrate junction exponential factor | - | 0 | 0.5 | |
| 35 | XTB | forward and reverse beta temperature exponent | - | 0 | ||
| 36 | EG | energy gap for temperature effect on IS | eV | 1.11 | ||
| 37 | XTI | temperature exponent for effect on IS | - | 3 | ||
| 38 | KF | flicker-noise coefficient | - | 0 | ||
| 39 | AF | flicker-noise exponent | - | 1 | ||
| 40 | FC | coefficient for forward-bias depletion capacitance formula | - | 0.5 | ||
| 41 | TNOM | Parameter measurement temperature | C | 27 | 50 |
Junction Field-Effect Transistors (JFETs)
Γενική μορφή :
JXXXXXXX ND NG NS MNAME <AREA> <OFF> <IC=VDS, VGS> <TEMP>
Παράδειγμα :
J1 7 2 3 JM1 OFF
ND, NG και NS είναι οι κόμβοι drain, gate και source, αντίστοιχα. ΜΝΑΜΕ είναι το όνομα του μοντέλου, AREA είναι ο παράγοντας area, και το OFF δείχνει μία (προαιρετική) αρχική συνθήκη για το εξάρτημα, για την dc ανάλυση. Αν ο παράγοντας area παραλείπεται, θεωρείται η τιμή 1.0 . Ο καθορισμός της (προαιρετικής) αρχικής συνθήκης, χρησιμοποιώντας το IC=VDS,VGS , προορίζεται για χρήση με την επιλογή UIC, στην .TRAN control line, όταν θέλουμε μία transient ανάλυση ξεκινά από διαφορετικό σημείο αντί του ακίνητου σημείου λειτουργίας. Ένα καλύτερο τρόπο για να θέσουμε τις αρχικές συνθήκες, μπορούμε να δούμε στην .IC control line. Η (προαιρετική) τιμή TEMP είναι η θερμοκρασία στην οποία πρόκειται να λειτουργήσει το εξάρτημα και υπερισχύει της οριζόμενης θερμοκρασίας στην .OPEN control line.
Το μοντέλο JFET (NJF / PJF)
Το JFET μοντέλο προκύπτει από το μοντέλο των Shichman και Hodges. Τα dc χαρακτηριστικά καθορίζονται από τις παραμέτρους VTO και BETA, οι οποίες καθορίζουν την διακύμανση του ρεύματος drain με την τάση gate, LAMBDA, η οποία καθορίζει την αγωγιμότητα (conductance) εξόδου, και IS, το ρεύμα κορεσμού των δύο gate επαφών. Δύο ωμικές αντιστάσεις, RD και RS, περιέχονται. Η αποθήκευση φόρτισης μοντελοποιείται από μη-γραμμικές χωρητικότητες αραίωσης στρώματος (nonlinear depletion layer capacitances) και για τις δύο gate επαφές, οι οποίες κυμαίνονται έως το -1/2 της ισχύς της τάσης επαφής (power of junction voltage) και καθορίζονται από τις παραμέτρους CGS, CGD και PB.
| name | parameter | units | default | example | area | |
| 1 | VTO | threshold voltage (VT0) | V | -2.0 | -2.0 | |
| 2 | BETA | transconductance parameter (β) transconductance parameter | A/V2 | 1.0e-4 | 1.0e-3 | * |
| 3 | LAMBDA | channel-length modulation parameter | 1/V | 0 | 1.0e-4 | |
| 4 | RD | drain ohmic resistance | Ω | 0 | 100 | * |
| 5 | RS | source ohmic resistance | Ω | 0 | 100 | * |
| 6 | CGS | zero-bias G-S junction capacitance (Cgs) | F | 0 | 5pF | * |
| 7 | CGD | zero-bias G-D junction capacitance (Cgs) | F | 0 | 1pF | * |
| 8 | PB | gate junction potential | V | 1 | 0.6 | |
| 9 | IS | gate junction saturation current (IS) | A | 1.0e-14 | 1.0e-14 | * |
| 10 | B | doping tail parameter | - | 1 | 1.1 | |
| 11 | KF | flicker noise coefficient | - | 0 | ||
| 12 | AF | flicker noise exponent | - | 1 | ||
| 13 | FC | coefficient for forward-bias | - | 0.5 | ||
| 14 | TNOM | parameter measurement temperature | C | 27 | 50 |
MOSFETs
Γενική μορφή :
MXXXXXXX ND NG NS NB MNAME <L=VAL> <W=VAL> <AD=VAL> <AS=VAL> <PD=VAL> <PS=VAL> <NRD=VAL> <NRS=VAL> <OFF> <IC= VDS, VGS, VBS> <TEMP=T>
Παραδείγματα :
M1 24 2 0 20 TYPE1
M31 2 17 6 10 MODM L=5U W=2U
M1 2 9 3 0 MOD1 L=10U W=5U AD=100P AS=100P PD=40U PS=40U
ND, NG, NS και NB είναι οι κόμβοι drain, gate, source και bulk (υπόστρωμα), αντίστοιχα. MNAME είναι το όνομα του μοντέλου, L και W είναι το μήκος και το πλάτος του καναλιού, σε μέτρα. AD και AS είναι οι περιοχές διάχυσης των drain και source, σε τετραγωνικά μέτρα. (Το επίθεμα U προσδιορίζει microns (1e-6 m) και το P sq microns (1e-12 m2) ). Αν κάποιο από τα L, W, AD και AS δεν καθορίζεται, χρησιμοποιούνται οι default τιμές. Η χρήση των default τιμών απλοποιεί την προετοιμασία εισόδου αρχείου, καθώς επίσης και την απαιτούμενη σύνταξη (editing) όταν πρόκειται να αλλάξουν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του εξαρτήματος. PD και PS είναι οι περίμετροι των drain και source επαφών, σε μέτρα. NRD και NRS ορίζουν τον ισοδύναμο αριθμό των τετραγώνων των διαχύσεων των drain και source. Αυτές οι τιμές πολλαπλασιάζουν την αντίσταση στρώματος (sheet resistance) RSH, που ορίζεται στην .MODEL control line, για μία ακριβή αναπαράσταση των παρασιτικών αντιστάσεων των drain και source, του κάθε τρανζίστορ. Τα PD και PS έχουν εξ ορισμού την τιμή 0.0, ενώ τα NRD και NRS την τιμή 1.0 . Το OFF δείχνει μία (προαιρετική) αρχική συνθήκη στο εξάρτημα, για την dc ανάλυση. Ο ορισμός της (προαιρετικής) αρχικής συνθήκης χρησιμοποιώντας το IC=VDS,VGS,VBS, χρησιμοποιείται με την επιλογή UIC, στην .TRAN control line, όταν θέλουμε η transient ανάλυση να ξεκινάει από ένα σημείο διαφορετικό του ακίνητου σημείου λειτουργίας. Για ένα πιο βολικό τρόπο καθορισμού των transient αρχικών συνθηκών πηγαίνουμε στην .IC control line. Η (προαιρετική) τιμή TEMP είναι η θερμοκρασία στην οποία πρόκειται να λειτουργήσει το εξάρτημα, και υπερισχύει της θερμοκρασίας που ορίζεται στην .OPTION control line. Ο καθορισμός θερμοκρασίας είναι έγκυρος ΜΟΝΟ για τα επίπεδα (levels) 1, 2, 3 και 6 MOSFETs, και όχι για επίπεδα εξαρτημάτων 4 ή 5 (BSIM).
Μοντέλα MOSFET (NMOS / PMOS)
Το SPICE παρέχει τέσσερα μοντέλα MOSFET εξαρτημάτων, τα οποία διαφέρουν στην τυποποίηση των I-V χαρακτηριστικών. Η μεταβλητή LEVEL καθορίζει το μοντέλο που θα χρησιμοποιηθεί :
LEVEL = 1 => SHICHMAN - HODGES
LEVEL = 2 => MOS2
LEVEL = 3 => MOS3 , ένα ημι-εμπειρικό μοντέλο
LEVEL = 4 => BSIM
LEVEL = 5 => new BSIM
LEVEL = 6 => MOS6
Τα dc χαρακτηριστικά των MOSFET LEVEL 1 έως 3, ορίζονται από τις παραμέτρους εξαρτημάτων VTO, KP, LAMBDA, PHI και GAMMA. Αυτές οι παράμετροι υπολογίζονται από το SPICE αν δίνονται οι παράμετροι επεξεργασίας (NSUB, TOX, …) , αλλά πάντα υπερισχύουν οι οριζόμενες από τον χρήστη τιμές. Το VTO είναι θετικό (αρνητικό) για enhancement mode και αρνητικό (θετικό) για depletion mode, για N - channel (P-channel) εξαρτήματα. Η αποθήκευση φορτίου μοντελοποιείται από τρεις σταθερούς πυκνωτές, CGSO, CGDO, CGBO, οι οποίοι αναπαριστούν overlap χωρητικότητες, από την μη-γραμμικής thin-oxide χωρητικότητα που κατανέμεται στις περιοχές drain, source, gate και bulk, από τις μη-γραμμικές χωρητικότητες αραίωσης και για τις δύο επαφές υποστρώματος, που διαιρείται στο κάτω μέρος και στην περιφέρεια, και μεταβάλλεται από τις MJ και MJSW ισχύς τάσης των επαφών (power of junction voltage) αντίστοιχα, και καθορίζονται από τις παραμέτρους CBD, CBS, CJ, CJSW, MJ, MJSW και PB. Οι επιδράσεις της αποθήκευσης φορτίου (charge storage effects) μοντελοποιούνται από το μοντέλο κατά τμήματα γραμμικής εξαρτώμενης από τάσεις χωρητικότητας (piecewise linear voltages-dependent capacitance model) που προτάθηκε από τον Meyer. Οι thin-oxide charge-storage επιδράσεις μεταχειρίζονται λίγο διαφορετικά για το LEVEL=1 μοντέλο. Αυτές οι εξαρτώμενες από τάση χωρητικότητες (voltage-dependent capacities) περιλαμβάνονται μόνο όταν καθορίζεται το TOX στην περιγραφή εισόδου και αναπαρίστανται χρησιμοποιώντας την τυποποίηση του Meyers.
Υπάρχει κάποιο overlap στις παραμέτρους που περιγράφουν τις επαφές (junctions), πχ το ανάστροφο (reverse) ρεύμα μπορεί να εισαχθεί είτε σαν IS (σε Α) ή σαν JS (σε Α/m2 ). Ενώ το πρώτο είναι μία απόλυτη τιμή, το δεύτερο πολλαπλασιάζεται με το AD και AS για να δώσει το ανάστροφο ρεύμα στο drain και source αντίστοιχα. Αυτή η μεθοδολογία έχει επιλεγεί αφού δεν υπάρχει έννοια στη συσχέτηση πάντα των χαρακτηριστικών επαφής με τα AD και AS που εισάγονται στη γραμμή εξαρτήματος - οι περιοχές αυτές μπορούν να προκαθοριστούν. Επίσης η ίδια ιδέα εφαρμόζεται στις χωρητικότητες επαφής μηδενικής πόλωσης CBD και CBS (σε F)από τη μια μεριά, και CJ(σε F/m2)από την άλλη. Η παρασιτική αντίσταση των drain και source μπορεί να εκφρασθεί είτε σαν RD και RS (σε ohms)ή ως RSH (ohms/sq.),το τελευταίο πολλαπλασιαζόμενο επί τον αριθμό των τετραγώνων NRD και NRS εισάγονται στη γραμμή εξαρτήματος (device line).
SPICE level 1, 2, 3 and 6 parameters:
| name | parameter | units | default | example | |
| 1 | LEVEL | model | index | - | 1 |
| 2 | VTO | zero-bias threshold voltage (VT0) | V | 0.0 | 1.0 |
| 3 | KP | transconductance parameter | A/V2 | 2.0e-5 | 3.1e-5 |
| 4 | GAMMA | bulk threshold parameter | V1/2 | 0.0 | 0.37 |
| 5 | PHI | surface potential | V | 0.6 | 0.65 |
| 6 | LAMBDA | channel-length modulation (MOS1 and MOS2 only) | 1/V | 0.0 | 0.02 |
| 7 | RD | drain ohmic resistance | Ω | 0.0 | 1.0 |
| 8 | RS | source ohmic resistance | Ω | 0.0 | 1.0 |
| 9 | CBD | zero-bias B-D junction capacitance | F | 0.0 | 20fF |
| 10 | CBS | zero-bias B-S junction capacitance | F | 0.0 | 20fF |
| 11 | IS | bulk junction saturation current (IS) | A | 1.0e-14 | 1.0e-15 |
| 12 | PB | bulk junction potential | V | 0.8 | 0.87 |
| 13 | CGSO | gate-source overlap capacitance per meter channel width | F/m | 0.0 | 4.0e-11 |
| 14 | CGDO | gate-drain overlap capacitance per meter channel width | F/m | 0.0 | 4.0e-11 |
| 15 | CGBO | gate-bulk overlap capacitance per meter channel length | F/m | 0.0 | 2.0e-10 |
| 16 | RSH | drain and source diffusion sheet resistance | Ω/q | 0.0 | 10.0 |
| 17 | CJ | zero-bias bulk junction bottom cap. per sq-meter of junction area | F/m2 | 0.0 | 2.0e-4 |
| 18 | MJ | bulk junction bottom grading coeff. | - | 0.5 | 0.5 |
| 19 | CJSW | zero-bias bulk junction sidewall cap. per meter of junction perimeter | F/m | 0.0 | 1.0e-9 |
| 20 | MJSW | bulk junction sidewall grading coeff. | - | 0.50(level1).33(level2,3) | |
| 21 | JS | bulk junction saturation current per sq-meter of junction area | A/m2 | 1.0e-8 | |
| 22 | TOX | oxide thickness | meter | 1.0e-7 | 1.0e-7 |
| 23 | NSUB | substrate doping | 1/cm3 | 0.0 | 4.0e15 |
| 24 | NSS | surface state density | 1/cm2 | 0.0 | 1.0e10 |
| 25 | NFS | fast surface state density | 1/cm2 | 0.0 | 1.0e10 |
| 26 | TPG | type of gate material: +1 opp. to substrate -1 same as substrate 0 Al gate | - | 1.0 | |
| 27 | XJ | metallurgical junction depth | meter | 0.0 | 1μ |
| 28 | LD | lateral diffusion | meter | 0.0 | 0.8μ |
| 29 | UO | surface mobility | cm2/Vs | 600 | 700 |
| 30 | UCRIT | critical field for mobility degradation (MOS2 only) | V/cm | 1.0e4 | 1.0e4 |
| 31 | UEXP | critical field exponent in mobility degradation (MOS2 only) | - | 0.0 | 0.1 |
| 32 | UTRA | transverse field coeff. (mobility) (deleted for MOS2) | - | 0.0 | 0.3 |
| 33 | VMAX | maximum drift velocity of carriers | m/s | 0.0 | 5.0e4 |
| 34 | NEFF | total channel-charge (fixed and mobile) coefficient (MOS2 only) | - | 1.0 | 5.0 |
| 35 | KF | flicker noise coefficient | - | 0.0 | 1.0e-26 |
| 36 | AF | flicker noise exponent | - | 1.0 | 1.2 |
| 37 | FC | coefficient for forward-bias depletion capacitance formula | - | 0.5 | |
| 38 | DELTA | width effect on threshold voltage (MOS2 and MOS3) | - | 0.0 | 1.0 |
| 39 | THETA | mobility modulation (MOS3 only) | 1/V | 0.0 | 0.1 |
| 40 | ETA | static feedback (MOS3 only) | - | 0.0 | 1.0 |
| 41 | KAPPA | saturation field factor (MOS3 only) | - | 0.2 | 0.5 |
| 42 | TNOM | parameter measurement temperature | C | 27 | 50 |
Οι παράμετροι των level 4 και level 5 είναι όλες τιμές που αποκτούνται από επεξεργασία χαρακτηρισμού (process characterization) και μπορούν να παραχθούν αυτόματα. Ο J. Pierret περιγράφει ένα μέσο παραγωγής ενός αρχείου επεξεργασίας (process file) και το πρόγραμμα Proc2Mod που παρέχεται με το SPICE3 μετατρέπει αυτό το αρχείο σε μία ακολουθία από BSIM1 ".MODEL" γραμμές κατάλληλες για να περιληφθούν σε ένα αρχείο εισόδου SPICE. Οι παράμετροι παρακάτω, που σημαδεύονται με ένα * στην l/w στήλη επίσης έχουν αντίστοιχες παραμέτρους με εξάρτηση μήκους (length) και πλάτους (width). Για παράδειγμα, VFB είναι η βασική παράμετρος, με μονάδα μέτρησης το Volt. Επίσης και οι LVFB και WVFB υπάρχουν με μονάδες Volt-meter. Ο τύπος:
P = P0 + ( PL / Leffective ) + ( PW / Weffective )
χρησιμοποιείται στην εκτίμηση της παραμέτρου για το πραγματικό εξάρτημα που ορίζεται με τους τύπους:
Leffective = Linput - DL
Weffective = Winput - DW
Spice BSIM (level 4) παράμετροι :
| name | parameter | units | l/w |
| VFB | flat-band voltage | V | * |
| PHI | surface inversion potential | V | * |
| K1 | body effect coefficient | V1/2 | * |
| K2 | drain/source depletion charge-sharing coefficient | - | * |
| ETA | zero-bias drain-induced barrier-lowering coefficient | - | * |
| MUZ | zero-bias mobility | cm2/V-s | |
| DL | shortening of channel | μm | |
| DW | narrowing of channel | μm | |
| U0 | zero-bias transverse-field mobility degradation coefficient | V-1 | * |
| U1 | zero-bias velocity saturation coefficient | μm/V | * |
| X2MZ | sens. of mobility to substrate bias at vds=0 | cm2/V2-s | * |
| X2E | sens. of drain-induced barrier lowering effect to substrate bias | V-1 | * |
| X3E | sens. of drain-induced barrier lowering effect to drain bias at Vds=Vdd | V-1 | * |
| X2U0 | sens. of transverse field mobility degradation effect to substrate bias | V-2 | * |
| X2U1 | sens. of velocity saturation effect to substrate bias | μmV-2 | * |
| MUS | mobility at zero substrate bias and at Vds=Vdd | cm2/V2-s | |
| X2MS | sens. of mobility to substrate bias at Vds=Vdd | cm2/V2-s | * |
| X3MS | sens. of mobility to drain bias at Vds=Vdd | cm2/V2-s | * |
| X3U1 | sens. of velocity saturation effect on drain bias at Vds=Vdd | μmV-2 | * |
| TOX | gate oxide thickness | μm | |
| TEMP | temperature at which parameters were measured | C | |
| VDD | measurement bias range | V | |
| CGDO | gate-drain overlap capacitance per meter channel width | F/m | |
| CGSO | gate-source overlap capacitance per meter channel width | F/m | |
| CGBO | gate-bulk overlap capacitance per meter channel length | F/m | |
| XPART | gate-oxide capacitance-charge model flag | - | |
| N0 | zero-bias subthreshold slope coefficient | - | * |
| NB | sens. of subthreshold slope to substrate bias | - | * |
| ND | sens. of subthreshold slope to drain bias | - | * |
| RSH | drain and source diffusion sheet resistance | Ω/q | |
| JS | source drain junction current density | A/m2 | |
| PB | built in potential of source drain junction | V | |
| MJ | Grading coefficient of source drain junction | - | |
| PBSW | built in potential of source, drain junction sidewall | V | |
| MJSW | grading coefficient of source drain junction sidewall | - | |
| CJ | Source drain junction capacitance per unit area | F/m2 | |
| CJSW | source drain junction sidewall capacitance per unit length | F/m | |
| WDF | source drain junction default width | m | |
| DELL | Source drain junction length reduction | m |
XPART = 0 επιλέγει ένα 40/60 drain/source τμήμα φορτίου στον κόρο (charge partition in saturation), ενώ το XPART = 1 επιλέγει ένα 0/100 drain/source charge partition.
ND, NG και NS είναι οι κόμβοι drain, gate και source, αντίστοιχα. MNAME είναι το όνομα του μοντέλου, AREA είναι ο παράγοντας area και OFF δείχνει μια (προαιρετική) αρχική συνθήκη στο εξάρτημα για dc ανάλυση. Αν ο παράγοντας area παραλείπεται, θεωρείται η τιμή 1.0 . Ο (προαιρετικός) καθορισμός της αρχικής συνθήκης, χρησιμοποιώντας το IC=VDS,VGS προορίζεται για χρήση με την επιλογή UIC στην .TRAN control line, όταν θέλουμε μία transient ανάλυση να ξεκινά από σημείο διαφορετικό του ακίνητου σημείου λειτουργίας. Ένας καλύτερος τρόπος ορισμού αρχικών συνθηκών υπάρχει στην .IC control line.
MΕSFETs
Γενική μορφή :
ZXXXXXXX ND NG NS MNAME <AREA> <OFF> <IC=VDS, VGS>
Παράδειγμα :
Z1 7 2 3 ZM1 OFF
MSFET Μοντέλα ( NMF / PMF )
Το MESFET μοντέλο προέρχεται από το GaAs FET μοντέλο του Statz. Τα dc χαρακτηριστικά του ορίζονται από τις παραμέτρους VTO, B και BETA, οι οποίες καθορίζουν την διακύμανση του ρεύματος drain με την τάση gate, ALPHA η οποία καθορίζει την τάση κορεσμού, και LAMBDA η οποία καθορίζει την αγωγιμότητα (conductance) εξόδου. Οι τύποι που δίνονται είναι :
Δύο ωμικές αντιστάσεις, RD και RS, περιλαμβάνονται. Η αποθήκευση φορτίου μοντελοποιείται με την ολική φόρτιση του gate σαν μία λειτουργία των gate-drain και gate-source τάσεων και ορίζεται από τις παραμέτρους CGS, CGD και PB.
| name | parameter | units | default | example | area | |
| 1 | VTO | pinch-off voltage | V | -2.0 | -2.0 | |
| 2 | BETA | transconductance parameter | A/V2 | 1.0e-4 | 1.0e-3 | * |
| 3 | B | doping tail extending parameter | 1/V | 0.3 | 0.3 | * |
| 4 | ALPHA | saturation voltage parameter | 1/V | 2 | 2 | * |
| 5 | LAMBDA | channel-length modulation parameter | 1/V | 0 | 1.0e-4 | |
| 6 | RD | drain ohmic resistance | Ω | 0 | 100 | * |
| 7 | RS | source ohmic resistance | Ω | 0 | 100 | * |
| 8 | CGS | zero-bias G-S junction capacitance | F | 0 | 5pF | * |
| 9 | CGD | zero-bias G-D junction capacitance | F | 0 | 1pF | * |
| 10 | PB | gate junction potential | V | 1 | 0.6 | |
| 11 | KF | flicker noise coefficient | - | 0 | ||
| 12 | AF | flicker noise exponent | - | 1 | ||
| 13 | FC | coefficient for forward-bias depletion capacitance formula | - | 0.5 |
Επιστροφή στο
Στοιχεία Κυκλώματος και Μοντέλα