在介绍SPICE基础知识时介绍了最复杂和重要的电路描述语句,其中就包括元器件描述语句。许多元器件(如二极管、晶体管等)的描述语句中都有模型关键字,而电阻、电容、电源等的描述语句中也有模型名可选项,这些都要求后面配以.MODEL起始的模型描述语句,对这些特殊器件的参数做详细描述。电阻、电容、电源等的模型描述语句语句比较简单,也比较容易理解,在SPICE基础中已介绍,就不再重复了;二极管、双极型晶体管的模型虽也做了些介绍,但不够详细,是本文介绍的重点,以便可以自己制作器件模型;场效应管、数字器件的模型过于复杂,太专业,一般用户自己难以制作模型,只做简单介绍。
元器件的模型非常重要,是影响分析精度的重要因素之一。但模型中涉及太多图表,特别是很多数学公式,都是在WORD下编辑后再转为JEPG图像文件的,很繁琐和耗时,所以只能介绍重点。
一、二极管模型:
1.1 理想二极管的I-V特性:


1.2
实际硅二极管的I-V特性曲线:折线
1.3 DC大信号模型:
1.4
电荷存储特性:
1.5
大信号模型的电荷存储参数Qd:
1.6 温度模型:
1.7
二极管模型参数表:
二、双极型晶体管BJT模型:2.1
Ebers-Moll静态模型:电流注入模式和传输模式两种
2.1.1 电流注入模式:
2.1.2 传输模式:
2.1.3 在不同的工作区域,极电流Ic
Ie的工作范围不同,电流方程也各不相同:
2.1.4
Early效应:基区宽度调制效应
2.1.5
带Rc、Re、Rb的传输静态模型:
正向参数和反向参数是相对的,基极接法不变,而发射极和集电极互换所对应的两种状态,分别称为正向状态和反向状态,与此对应的参数就分别定义为正向参数和反向参数。2.2 Ebers-Moll大信号模型:
2.3
Gummel-Pool静态模型:

2.4
Gummel-Pool大信号模型:拓扑结构与Ebers-Moll大信号模型相同,非线性存储元件电压控制电容的方程也相同

2.5
BJT晶体管模型总参数表:

三、 金属氧化物半导体晶体管MOSFET模型:3.1
一级静态模型:Shichman-Hodges模型

3.2
二级静态模型(大信号模型):Meyer模型
3.2.1
电荷存储效应:
3.2.2 PN结电容:
3.3 三级静态模型:
3.2 MOSFET模型参数表:一级模型理论上复杂,有效参数少,用于精度不高场合,迅速粗略估计电路二级模型可使用复杂程度不同的模型,计算较多,常常不能收敛三级模型精度与二级模型相同,计算时间和重复次数少,某些参数计算比较复杂四级模型BSIM,适用于短沟道(<3um)的分析,Berkley在1987年提出
四、结型场效应晶体管JFET模型:基于Shichman-Hodges模型4.1 N沟道JFET静态模型:
4.2
JFET大信号模型:
4.3
JFET模型参数表:
五、 GaAs
MESFET模型:分两级模型(肖特基结作栅极)
GaAs MESFET模型参数表:
六、 数字器件模型:6.1 标准门的模型语句:
.MODEL <(model)name> UGATE
[模型参数]标准门的延迟参数:
6.2 三态门的模型语句:
.MODEL <(model)name> UTGATE
[模型参数]三态门的延迟参数:
6.3
边沿触发器的模型语句: .MODEL
<(model)name> UEFF
[模型参数]边沿触发器参数:JKFF
nff
preb,clrb,clkb,j*,k*,g*,gb*
JK触发器,后沿触发DFF
nff preb,clrb,clk,d*,g*,gb*
D触发器,前沿触发边沿触发器时间参数:
6.4 钟控触发器的模型语句:
.MODEL <(model)name> UGFF
[模型参数]钟控触发器参数:SRFF
nff
preb,clrb,gate,s*,r*,q*,qb*
SR触发器,时钟高电平触发DLTCH
nff
preb,clrb,gate,d*,g*,gb*
D触发器,时钟高电平触发钟控触发器时间参数:
6.5 可编程逻辑阵列器件的语句:U
<name> <pld
type>
(<#inputs>,<#outputs>)
<input_node>*
<output_node>#+<(timing
model)name>
<(io_model)name>
[FILE=<(file name) text
value>]+[DATA=<radix
flag>$ <program
data>$][MNTYMXDLY=<(delay
select)value>]+[IOLEVEL=<(interface
model
level)value>]
其中:<pld type>列表
<(file name) text
value>
JEDEC格式文件的名称,含有阵列特定的编程数据
JEDEC文件指定时,DATA语句数据可忽略
<radix flag>
是下列字母之一:B
二进制 O
八进制 X
十六进制
<program
data>
程序数据是一个数据序列,初始都为0
PLD时间模型参数:
七、
数字I/O接口子电路:数字电路与模拟电路连接的界面节点,SPICE自动插入此子电路
子电路名(AtoDn和DtoAn)在I/O模型中定义,实现逻辑状态与电压、阻抗之间的转换。7.1
N模型:数字输入N模型将逻辑状态(1
0 X
Z)转换成相对应的电压、阻抗。
数字模拟器的N模型语句:
N <name>
<(interface)node>
<(low level)node>
<(high level)node>
<(model)name>
+DGTLNET=<(digital net)name>
<(digital IO model)name> [IS=(initial
state)]
数字文件的N模型语句:
N <name>
<(interface)node>
<(low level)node>
<(high level)node>
<(model)name>
+[SIGNAME=<(digital signal)name>
[IS=(initial
state)]
模型语句: .MODEL
<(model)name> DINPUT
[(模型参数)]模型参数表:
7.2
O模型:将模拟电压转换为逻辑状态(1
0 X
Z),形成逻辑器件的输入级。
节点状态由接口节点和参考节点之间的电压值决定,将该电压值与当前电压序列进行比较,如果落在当前电压序列中,则新状态与原状态相同;如果不在当前电压序列中,则从S0NAME开始检查,第一个含有该电压值的电压序列可确定为新状态。如果没有电压序列包含这个电压值,则新状态为?(状态未知)。
数字模拟器的O模型语句:
O <name>
<(interface)node>
<node>
<(model)name>
+DGTLNET=<(digital net)name>
<(digital IO
model)name>
数字文件的O模型语句: