采样管等效电路及仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路设计领域，特别是指一种采样管等效电路，本发明还涉及采样管等效电路的仿真方法。
【背景技术】
[0002]采样管是模拟电路设计中会用到的一种电路方案，它的原理是利用两种不同尺寸器件的电流比值，通过改变其中一个器件的源极电压偏置来获得不同的电流比值(采样比)，采用管的器件尺寸一般都比较大，因此在电路应用中采样比是相对稳定的。理论上对采样管的模型描述，只需要通过BSIM模型分别单独对两个器件进行模型描述即可，但这是以采样管中两个器件完全相互独立的假设为前提的。在实际有些采样管结构中，两个器件的反型沟道会共用同一个阱，如果其中一个器件的源极有电压偏置，这种情况下采样管的两颗器件之间就不再互相完全独立了，阱中的沟道电荷会互相影响，实际测量得到的电流电压曲线和采样比已经不适合用一个BSM模型来描述，而需要通过对模型的进一步优化来达到提高采样比精度的目的。
[0003]如图1是现有的采样管等效电路，电路中分左右两颗高压场效应晶体管，这两颗器件的工艺结构完全相同，沟道长度也完全相同，唯一的区别是左侧高压场效应晶体管LDMOS的沟道宽度是右边器件的几百倍。两颗器件的漏极DRAIN共接，栅极GATE也共接引出。左侧大尺寸器件的源极SI和体端引出接地，右侧小尺寸器件的源极会加可控电压负载，通过调节源极S2的电压来改变流过小尺寸器件的电流，从而改变左右两颗器件的电流t匕，达到改变采样比的目的。电路中左右两颗器件分别采用业界普遍采用的BS頂模型来描述。之前的模型是基于两个管子互相完全独立的基础上建立的，当采样管采用比较特殊的版图结构时，如图2所示，小尺寸的采样管包含在大尺寸的采样管中，大尺寸和小尺寸器件的P阱为共用，没有隔开，假设大尺寸管的源极接地，小尺寸管的源极存在一个较小的固定电压偏置，如果此时的漏极电压也抬升略高于源极电压，小尺寸器件未必能导通，原因是共用的P阱使得器件中有部分电荷流向上下相邻的大尺寸器件沟道内，因此漏极电压所需加的导通电压会比源极电压大的多。如图3及图4的测试数据所示，图3是小尺寸采样管测试得到的源极电流同漏极电压的关系图。扫描漏极电压，测试得到源极电流，源极电压此时为0V，图4是小尺寸采样管测试得到的源极电流同漏极电压的关系图。扫描漏极电压，测试得到源极电流，源极电压此时为IV，栅极电压分别加I?6V电压点。图3及图4中点线为实际测量得到的数据，实线为BSIM模型直接仿真得到的数据。当源极有IV偏置的时候，漏极电压要升至4V左右才开始导通，而BSM模型描述的仿真曲线从IV开始就已经开始导通，没有任何模型参数可以使得仿真曲线向右平移到4V。因此该仿真模型中的子电路结构需要进一步改进。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种采样管的等效电路，本发明还要解决的另一技术问题是提供所述采样管等效电路的仿真方法，使得采样管能有更高精度的采样比。
[0005]为解决上述问题，本发明所述的采样管的等效电路，包含第一及第二高压场效应晶体管，一电压控制电压源，所述第一、第二高压场效应晶体管的栅极并联引出形成采样管等效电路的棚极；
[0006]所述电压控制电压源的正极接第二高压场效应晶体管的漏极，其负极与第一高压场效应晶体管的漏极连接并引出，形成采样管等效电路的漏极；
[0007]所述第一及第二高压场效应晶体管的体端并联后连接第一高压场效应晶体管的源极；
[0008]所述第一高压场效应晶体管的源极引出为第一源极，所述第二高压场效应晶体管的源极引出为第二源极。
[0009]进一步地，所述的第一及第二高压场效应晶体管均采自标准BSM模型，第一高压场效应晶体管的沟道宽度是第二高压场效应晶体管的300?800倍。
[0010]进一步地，所述的电压控制电压源，受第一高压场效应晶体管漏极电压和栅极电压的控制，其输出对第二高压场效应管的漏极电压进行补偿。
[0011]本发明所述的采样管等效电路的仿真方法，包含如下步骤:
[0012]第一步，构建采样管等效电路；
[0013]第二步，根据构建的采样管等效电路进行仿真。
[0014]进一步地，所述第一步中，采样管等效电路包含第一及第二高压场效应晶体管，一电压控制电压源，所述第一、第二高压场效应晶体管的栅极并联引出形成采样管等效电路的栅极；
[0015]所述电压控制电压源的正极接第二高压场效应晶体管的漏极，其负极与第一高压场效应晶体管的漏极连接并引出，形成采样管等效电路的漏极；
[0016]所述第一及第二高压场效应晶体管的体端并联后连接第一高压场效应晶体管的源极；
[0017]所述第一高压场效应晶体管的源极引出为第一源极，所述第二高压场效应晶体管的源极引出为第二源极。
[0018]进一步地，所述的第一及第二高压场效应晶体管均采自标准BSM模型，第一高压场效应晶体管的沟道宽度是第二高压场效应晶体管的300?800倍。
[0019]进一步地，所述的电压控制电压源，受第一高压场效应晶体管漏极电压和栅极电压的控制，其输出对第二高压场效应管的漏极电压进行补偿。
[0020]进一步地，仿真时，电压控制电压源的补偿输出电压V=k*Vs ；
[0021]Vs为第二源极的电压，k为系数；
[0022]利用SPICE语言和上述公式，给电压控制电压源作如下定义:
[0023]exl< 漏极端口 IX 漏极端口 2>poly (I) < 第二源极端口 >00ppl
[0024]PPl为基于BSM以外的额外拟合参数，等同于前面的系数k，poly (I)为仿真器语言，表示I阶线性表达式，PPI为线性系数；
[0025]第二源极和接地之间的电压差受漏极和栅极电压呈线性关系表达式，并且添加线性系数PPi作为新的额外模型参数，PPi参数提取步骤为:
[0026]a)首先测试得到第二高压场效应晶体管的Is-Vd曲线数据，然后利用BSIM模型提取第二源极电压为OV条件下的电流电压曲线参数；
[0027]b)在第二源极电压为IV以及其他电压下测试得到的Is-Vd曲线数据；
[0028]c)利用构建的等效电路，第一及第二高压场效应晶体管都用标准BSIM模型描述，在仿真器中调整PPl参数，使得仿真数据同实测数据拟合，得到最佳仿真曲线时的PPl参数即可提取得到。
[0029]本发明所述的采样管等效电路及仿真方法，在现有的BSIM描述的采样管电路结构基础上进行改进，考虑到电荷分流，采用了人工补偿的方法，在器件的漏极，串联加入了一个电压控制电压源，由于电压源在仿真器中内阻为0，不会给器件增加额外负载，采样比的精度得到显著的改善。
【附图说明】
[0030]图1是现有采样管等效电路图。
[0031]图2是采样管版图结构。
[0032]图3?4是小尺寸采样管测试得到的源极电流与漏极电压的关系图。
[0033]图5是本发明采样管等效电路图。
[0034]图6是本发明小尺寸采样管测试得到的源极电流与漏极电压的关系图。
[0035]图7是现有采样管采样比仿真效果图。
[0036]图8是本发明采样管采样比仿真效果图。
[0037]图9是本发明采样管仿真流程图。
【具体实施方式】
[0038]本发明所述的采样管的等效电路，如图5所示，包含第一及第二高压场效应晶体管，一电压控制电压源，所述第一、第二高压场效应晶体管的栅极并联引出形成采样管等效电路的栅极；
[0039]所述电压控制电压源的正极接第二高压场效应晶体管(图中右侧的采样管，为小尺寸采样管)的漏极，其负极与第一高压场效应晶体管(图中左侧的LDM0S，为大尺寸采样管)的漏极连接并引出，形成采样管等效电路的漏极；
[0040]所述第一及第二高压场效应晶体管的体端并联后连接第一高压场效应晶体管的源极；
[0041]