专利名称：用于晶体管的仿真模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及对电子组件的仿真，包含对晶体管的仿真。
背景技术：
晶体管是计算机、电视、蜂窝式电话及许多其它电子产品中的电组件。设计者通 常使用仿真器程序来对晶体管的示意性版本进行仿真以观察其电路行为。
Gummel Poon (根梅尔-普恩)及垂直双极型公司间(VBIC)晶体管仿真模型广
泛用于许多常规仿真器中来对晶体管进行仿真。然而，在一些情况下，使用这些常规 晶体管仿真模型可导致对一些晶体管的电路行为的不准确预测。
发明内容
本发明的第一实施例涉及一种方法，所述方法包括使用仿真模型来对晶体管进 行仿真，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模型的晶体管仿真模型。
本发明的另一实施例涉及一种方法，所述方法包括创建用于对晶体管进行仿真 的仿真模型，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模型的晶体管仿真模型。
本发明的又一实施例涉及一种设备，所述设备包括存储器元件，其经配置以存 储用于对晶体管进行仿真的仿真模型的信息，所述仿真模型包含晶体管仿真模型以及 耦合在所述晶体管仿真模型的基极与所述晶体管仿真模型的集电极及发射极中的一者 之间的二极管仿真模型。
图1是显示电子电路的包含晶体管及电路组件的一部分的示意图。 图2是显示使用常规技术的用于图1的组件的仿真模型的仿真图。 图3是显示表示图1的组件与图2的仿真模型的一些操作参数之间的关系的曲线 的图形。
图4是显示表示图1的组件与图2的仿真模型的一些其它操作参数之间的关系的 曲线的图形。
图5是显示根据本发明各种实施例的用于图1的组件的仿真模型的仿真图。 图6是显示根据本发明各种实施例表示图1的组件与图5的仿真模型的一些操作 参数之间的关系的曲线的图形。图7是显示根据本发明各种实施例表示图1的组件与图5的仿真模型的一些其它 操作参数之间的关系的曲线的图形。
图8显示根据本发明各种实施例的设备的局部框图，所述设备包含用以存储仿真 模型的信息的存储器元件。
图9显示根据本发明各种实施例的对晶体管进行仿真的方法。
图10显示根据本发明各种实施例的创建仿真模型的方法。
具体实施例方式
图1是显示电子电路的包含晶体管110及电路组件121、 122及123的一部分的 示意图100。电路组件121、 122、 123可包含耦合到如图1中所示的双极型结晶体管 (BJT) llO的基极lll、集电极112及发射极113端子的一个或一个以上电阻器、电 容器或其它组件。
图2是显示使用常规技术的用于图1的组件的仿真模型的仿真图200。仿真器， 例如以集成电路为重心的仿真程序(SPICE)仿真器，可使用仿真图200来仿真图1 中所示的电路。如图2中所示，仿真图200以组件到组件布置形式表示示意图100的 仿真模型。举例来说，图2的晶体管仿真模型210表示图1的晶体管110的仿真模型。 图2的组件模型221、 222及223表示图1的对应电路组件121、 122及123的仿真模 型。晶体管仿真模型210包含对应于晶体管110的基极111、集电极112及发射极113 端子的基极211、集电极212及发射极213端子。基于仿真图200仿真图1的电路的 仿真器可以各种形式(例如，以图形的形式)提供仿真信息，例如晶体管iio的操作 特性。
图3是显示表示图1的组件与图2的仿真模型的一些操作参数之间的关系的曲线 301及302的图形。在图3中，曲线301显示表示从物理晶体管测量的正向P与集电 极电流Ic之间的关系的测量信息,所述物理晶体管可示意性地表示为图1的示意图100 的晶体管110。图3的曲线302显示表示从基于图2的仿真图200的仿真(例如，SPICE
仿真)获得的晶体管仿真模型2lo的正向e与集电极电流Ic之间的关系的仿真信息。
如在图3中所示，当集电极电流Ic为约一毫安(mA)或l(T3 A到约100mA(或10—2A) 时，曲线301与302并非始终彼此紧密地拟合。
图4是显示表示图1的组件与图2的仿真模型的一些其它操作参数之间的关系的 曲线401、 411、 402及412的图形。在图4中，曲线401显示表示从物理晶体管测量 的截止频率Ft与集电极电流Ic之间的关系的测量信息，所述物理晶体管可示意性地表 示为图1的示意图100的晶体管110。图4的曲线402显示表示从基于图2的仿真图 200的仿真(例如，SPICE仿真)且使用曾用于获得曲线401的相同的操作电压值获 得的截止频率Ft与集电极电流Ic之间的关系的仿真信息。如在图4中所示，当集电极 电流Ic为约10mA (或10'2A)到约100mA (或10"A)时，曲线401与402并非始终彼此紧密地拟合。用于获得测量期间的曲线401及仿真期间的曲线402的实例性电 压值可包含大于10伏的基极-发射极电压Vbe及約2.8伏的集电极-发射极电压VCE。 类似于曲线401及402，图4的曲线411显示测量信息且曲线412显示仿真信息，只 不过是在约0.8伏的不同Vce下。如在图4中所示，当集电极电流Ic为约10 mA (或 1(T2A)到约100mA (或10"A)时，曲线411与412并非始终彼此紧密地拟合。
图3及图4中所图解说明的仿真信息与测量信息之间的差异可归因于晶体管仿真 模型210的性能。举例来说，晶体管仿真模型210包含常规仿真模型，例如根梅尔-普恩晶体管仿真模型、VBIC晶体管仿真模块或为所属领域的技术人员所知的另一晶 体管仿真模型。在一些情况下，这些常规晶体管仿真模型可提供不准确地预测实际晶 体管的电路行为的若干方面的仿真信息。因为对正在使用的例如根梅尔-普恩或VBIC 晶体管模型等仿真模型的不充分装置物理学描述，可能会出现电路的不准确行为。可 使用更复杂的常规模型(例如，高电流模型(HICUM)或MEXTRAM)来更准确地 描述晶体管行为。然而，复杂的常规模型可因例如较高成本、较大模型复杂度及/或较 低仿真速度的因素而是不适宜的。
下文参照图5到图10的描述显示与根据本发明各种实施例的经改进的晶体管仿 真模型相关联的设备及方法。
图5是显示根据本发明各种实施例的用于图1的组件的仿真模型的仿真图500。 在图5中，仿真模型555表示图1的晶体管110的晶体管仿真模型。图5的组件模型 521、 522及523表示图1的对应电路组件121、 122及123。仿真器(其可使用SPICE 或其它仿真程序)可使用仿真图500来仿真图1的晶体管110及电路组件121、 122 及123。
如在图5中所示，仿真图500可不以组件到组件布置方式表示图1的示意图100 的模型。举例来说，图5的仿真模型555包含两个模型(晶体管仿真模型510及二极 管仿真模型515)的组合或子电路，来表示例如图1的晶体管110的单个晶体管。晶 体管仿真模型510及二极管仿真模型515可包含为所属领域的技术人员所知的常规晶 体管仿真模型及二极管仿真模型。举例来说，二极管仿真模型515可包含常规P-N结 二极管仿真模型。在另一实中，晶体管仿真模型510可包含常规根梅尔-普恩晶体管仿 真模型、VBIC晶体管模块或另一已知的晶体管仿真模型。在一些情况下，使用具有 晶体管仿真模型与二极管仿真模型的组合的仿真模型555来表示晶体管(例如，晶体 管110)的模型可提供更准确地预测实际晶体管的电路行为的仿真信息。举例来说， 在其中使用硅-锗bi-CMOS (互补金属氧化物半导体)工艺制作晶体管的情况下，使用 仿真模型555对晶体管进行仿真可提供更准确地预测所述晶体管的电路行为的仿真信 息。
如在图5中所示，仿真模型555可包含节点561、 562及563。 二极管仿真模型 515耦合在节点561与562之间。晶体管仿真模型510可包含耦合到仿真模型555的 对应节点561、 562及563的基极511、集电极512及发射极513端子。节点56K 562及563可分别对应于晶体管110的基极111、集电极112及发射极113端子。因此， 虽然图1的示意图100不包含耦合在晶体管110的基极111与发射极113之间的二极 管，但图5的仿真模型555包含耦合在晶体管仿真模型510的基极511与发射极513 之间的二极管仿真模型，例如二极管仿真模型515。添加二极管仿真模型515可改进 仿真的准确性。
图6及图7是显示表示图1的组件与图5的仿真模型的各种操作参数之间的关系 的曲线的图形。在下文参照图6及图7的描述中，仿真信息表示从使用本文中所描述 的仿真模型及技术的仿真获得的信息。测量信息表示从实际电路获得的信息。发明人 在数年内 一直使用本文所描述的仿真模型及技术对曾与实际电路相似的电路进行仿 真。图6及图7中显示图形比较。
图6是显示表示图1的组件与图5的仿真模型的一些操作参数之间的关系的曲线 601及602的图形。在图6中，曲线601显示表示从物理晶体管测量的正向P与集电 极电流Ic之间的关系的测量信息，所述物理晶体管可示意性地表示为图1的示意图100 的晶体管110。图6的曲线602显示表示从基于图5的仿真图500的仿真(例如，SPICE 仿真)获得的晶体管仿真模型510的正向P与集电极电流Ic之间的关系的仿真信息。 如在图6中所示，当集电极电流Ic为约1 mA (或10—3A)到约10mA (或10—2A)时， 曲线601与602并非始终彼此紧密地拟合。
图7是显示表示图1的组件与图5的仿真模型的一些操作参数之间的关系的曲线 701、 711、 702及712的图形。在图7中，曲线701显示表示从物理晶体管测量的截 止频率Ft与集电极电流Ic之间的关系的测量信息，所述物理晶体管可示意性地表示为 图1的示意图100的晶体管110。图7的曲线702显示表示从基于图5的仿真图500 的仿真(例如，SPICE仿真)且使用曾用于获得曲线701的相同的操作电压值获得的 截止频率Ft与集电极电流Ic之间的关系的仿真信息。如在图7中所示，曲线701包含 约在45千兆赫与50千兆赫之间的峰值截止频率751。还如在图7中所示，当集电极 电流Ic为约lmA (或1(T3a)到约10mA (或10—2八)时，曲线701与702并非始终 彼此紧密地拟合。用于获得测量期间的曲线701及仿真期间的曲线702的实例性电压 值可包含大于10伏的基极-发射极电压Vbe及約1.8伏的集电极-发射极电压VCE。类 似于曲线701及702，图7的曲线711显示测量信息且曲线712显示仿真信息，只不 过是在约0.8伏的不同Vce下。如在图7中所示，曲线711包含约在35千兆赫与40 千兆赫之间的峰值截止频率752。还如在图7中所示，当集电极电流Ic为约1 mA (或 1(T3A)到约10mA (或1(^A)时，曲线711与712并非始终彼此紧密地拟合。
图6的曲线601与602、图7的曲线701与702及曲线711与712之间的紧密拟 合可指示使用仿真模型555作为用于晶体管的晶体管仿真模型可提供更准确地预测实 际晶体管的行为的仿真信息。如上文所论述，仿真模型555可包含常规晶体管及二极 管仿真模型。因此，创建用于晶体管(例如晶体管IIO)的仿真模型可以是相对容易、 快速且廉价的。此外，由于常规晶体管及二极管仿真模型由许多常规仿真器使用，因此仿真模型555可容易地添加到常规仿真器的库。此外，由于仿真模型555组合两个 常规模型，因此常规仿真器的用户可容易地使用或创建仿真模型555。另外，例如根 梅尔-普恩晶体管仿真模型的常规晶体管仿真模型可不准确地描述晶体管在相对高频 率(例如25千兆赫及更高的频率)下的截止频率Ft或最大振荡频率(FMAX)。然而， 在具有相对较高频率(例如，25千兆赫及更高)的应用中，仿真模型555可充分地提 供晶体管的频率特性，如上文参照图7所描述。
作为实例，上文参照图5到图7的描述使用NPN双极型晶体管，例如晶体管510 及晶体管仿真模型510。然而，所属领域的技术人员基于本文中的描述可容易地认识 到不同的变化形式。举例来说，还可基于本文中的描述对PNP双极型晶体管进行建模， 使得在图5中，PNP双极型晶体管仿真模型将替换NPN双极型晶体管仿真模型510 且二极管仿真模型将耦合在所述PNP双极型晶体管仿真模型的基极与集电极之间。所 述PNP双极型晶体管仿真模型可包含常规PNP双极型晶体管仿真模型。
图8显示根据本发明各种实施例的设备800的局部框图，所述设备包含用以存储 仿真模型的信息的存储器元件810及820。设备800可包含电子系统801，所述电子系 统可包含个人计算机(PC)或其它电子产品。电子系统801可包含仿真器或可用作仿 真器以对晶体管进行仿真，例如图1的晶体管110。如在图8中所示，电子系统801 还可包含用以处理可由存储器元件810及820中的一者或两者所提供的信息的一个或 一个以上处理器831及832。
存储在存储器元件810及820中的仿真模型(例如图5的仿真模型555)的信息 可包含与晶体管及二极管仿真模型的仿真模型名称、各种节点名称及模型名称相关联
的信息。所述信息可进一步包含所述晶体管与二极管仿真模型之间的特定连接。举例 来说，存储在存储器元件810及820中的仿真模型的信息可包含节点(例如图5的节 点56K 562及563)的信息及指示与晶体管及二极管仿真模型(例如，图5的晶体管 仿真模型510及二极管仿真模型515)相关联的名称及连接。
由于存储器元件810及820可存储仿真模型的信息，因此存储器元件810、存储 器元件820或两者可在用以对晶体管进行仿真的仿真中进行预期。举例来说，设备800 可将仿真模型(例如仿真模型555)的信息存储在仿真器的库中，其中所述库可包含 在存储器元件810、存储器元件820或两者中。用户可使用库中的仿真模型(例如仿 真模型555)来对晶体管(例如图1的晶体管110)进行仿真。
存储器元件810及820可包含非易失性存储器、易失性存储器或两者的组合。举 例来说，存储器元件810及820可包含动态随机存取存储器(DRAM)装置、静态随 机存取存储器(SRAM)装置、快闪存储器装置、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM) 装置、磁性存储器(例如，硬驱动器)装置、光学存储器装置(例如，CD-ROM或 DVD)或这些存储器装置的组合或其它类型的存储器装置。在某些情况下，存储器元 件820可包含CD-ROM或DVD且存储器元件810可包含DRAM、 SRAM、快闪及磁 性存储器装置的组合。作为实例，图8显示具有存储器元件810及820两者的设备800。然而，设备800可省略存储器元件810及820中的一者。
存储器元件810及820中的每一者还可包含用以对存储在其上的信息(包含仿真 模型(例如图5的仿真模型555)的信息)进行操作的指令(例如，软件指令)。处 理器831及832中的一者或一者以上可在例如晶体管的仿真的操作期间使用存储在存 储器元件810及820中的一者或两者中的信息。因此，存储器元件810及820中的每 一者还可被视作包括指令的机器可读媒体，所述指令在由一个或一个以上处理器(例 如处理器831及832中的一者或一者以上)实施时执行一个或一个以上操作。所述一
个操作(或多个操作)可包含使用仿真模型来对晶体管进行仿真，所述仿真模型包含 耦合到二极管仿真模型的晶体管仿真模型。举例来说，所述操作(或多个操作)可包 含使用仿真模型555 (图5)来对晶体管110进行仿真(图l)，所述仿真模型555包 含耦合到二极管仿真模型515的晶体管仿真模型510。所述操作或(或多个操作)可 包含下文参照图9及图10描述的活动中的一者或一者以上。
图9显示根据本发明各种实施例的对晶体管进行仿真的方法900。方法900的活 动910可包含使用仿真模型来对晶体管进行仿真，所述仿真模型包含耦合到二极管仿 真模型的晶体管仿真模型。方法900所仿真的晶体管可包含图1的晶体管110。方法 900中所使用的仿真模型可包含图5的仿真模型555。方法900可使用SPICE仿真或 其它仿真程序中的仿真模型来对晶体管进行仿真。方法卯0可包含上文参照图5到图 8描述的活动。
图10显示根据本发明各种实施例的创建仿真模型的方法1000。方法1000的活动 1010可包含创建用于对晶体管进行仿真的仿真模型。所述仿真模型可包含耦合到二极 管仿真模型的晶体管仿真模型。方法1000所创建的仿真模型可包含图5的仿真模型 555且可用于例如SPICE仿真或其它仿真程序的仿真中。
在创建所述仿真模型时，方法1000可包含提供用以指示晶体管仿真模型、二极 管仿真模型及仿真模型的节点中的连接的信息。举例来说，方法iooo可提供用以指示 二极管仿真模型的阳极及阴极、晶体管仿真模型的基极、集电极及发射极以及仿真模 型的节点中的连接的信息。方法1000可提供用以指示仿真模型的节点(例如图5的仿 真模型555的节点561、 562及563)对应于晶体管的基极、集电极及发射极的信息。 由方法1000所提供的用以创建仿真模型的信息可包含符合SPICE仿真格式的信息。 方法1000可向设备(例如图8的设备800)提供用以创建仿真模型的信息。所述设备 可接收并存储方法1000所创建的仿真模型的信息且使用所述信息来对晶体管进行仿 真。方法1000可包含上文参照图5到图9描述的活动。
本文中所描述的一个或一个以上实施例包含用于使用仿真模型来对晶体管进行 仿真的方法及设备，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模型的晶体管仿真模型。上 文参照图1到图IO描述了包含额外方法及设备的其它实施例。
以上描述及图式图解说明本发明的一些实施例以使得所属领域的技术人员能够 实践本发明的各实施例。其它实施例可并入结构、逻辑、电、过程及其它改变。在图式中，在所有数个视图中，相同特征或相同编号描述大致类似的特征。各实例仅代表 可能的变化形式。 一些实施例的各部分及特征可包含于其它实施例的部分及特征中或 替代其它实施例的部分及特征。在阅读并理解以上描述后，所属领域的技术人员将明 了许多其它实施例。
本文提供说明书摘要以遵循37 C.F.R. §1.72(b)，其要求将允许读者快速探知技术 揭示内容的本质及要旨的摘要。提交本说明书摘要是基于以下理解其将并非用于解 释或限制权利要求书。
权利要求
1、一种方法，其包括使用仿真模型来对晶体管进行仿真，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模型的晶体管仿真模型。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述二极管仿真模型耦合在所述仿真模型 的第一节点与第二节点之间，且所述晶体管仿真模型包含耦合到所述第一节点的基极 以及集电极及发射极中耦合到所述第二节点的一者。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中所述第一节点对应于所述晶体管的基极且所述第二节点对应于所述晶体管的集电极及发射极中的一者。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中所述晶体管仿真模型包含根梅尔-普恩双极型晶体管仿真模型。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中所述晶体管仿真模型包含垂直双极型公司 间模型(VBIC)晶体管仿真模型。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中对所述晶体管进行仿真包含使用以集成电 路为重心的仿真程序(SPICE)仿真模型。
7、 一种机器可读媒体，其包括在由一个或一个以上处理器实施时执行以下操作 的指令使用仿真模型来对晶体管进行仿真，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模型的 晶体管仿真模型。
8、 根据权利要求7所述的机器可读媒体，其中所述二极管仿真模型耦合在所述 仿真模型的第一节点与第二节点之间，且所述晶体管仿真模型包含耦合到所述第一节 点的基极以及集电极及发射极中耦合到所述第二节点的一者。
9、 根据权利要求8所述的机器可读媒体，其中所述第一节点对应于所述晶体管 的基极且所述第二节点对应于所述晶体管的集电极及发射极中的一者。
10、 一种方法，其包括创建用于对晶体管进行仿真的仿真模型，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模 型的晶体管仿真模型。
11、 根据权利要求IO所述的方法，其中创建所述仿真模型包含提供用以指示所 述二极管仿真模型的阳极及所述晶体管仿真模型的基极耦合到所述仿真模型的第一节点的信息以及提供用以指示所述二极管仿真模型的阴极及所述晶体管仿真模型的发射 极耦合到所述仿真模型的第二节点的信息。
12、 根据权利要求11所述的方法，其中创建所述仿真模型包含提供用以指示所 述第一节点对应于所述晶体管的所述基极的信息及提供用以指示所述第二节点对应于 所述晶体管的发射极的信息。
13、 根据权利要求12所述的方法，其中创建所述仿真模型进一步包含提供用以 指示所述晶体管仿真模型的集电极耦合到所述仿真模型的第三节点的信息及提供用以 指示所述第三节点对应于所述晶体管的集电极的信息。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中所述晶体管仿真模型包含根梅尔-普恩双 极型晶体管仿真模型。
15、 根据权利要求13所述的方法，其中所述晶体管仿真模型包含垂直双极型公 司间模型(VBIC)晶体管仿真模型。
16、 根据权利要求13所述的方法，其中所述信息符合以集成电路为重心的仿真 程序(SPICE)仿真格式。
17、 一种设备，其包括存储器元件，其经配置以存储用于对晶体管进行仿真的仿真模型的信息，所述仿 真模型包含晶体管仿真模型以及耦合在所述晶体管仿真模型的基极与所述晶体管仿真 模型的集电极及发射极中的一者之间的二极管仿真模型。
18、 根据权利要求17所述的设备，其中所述存储器元件进一步经配置以用于 在仿真中对所述晶体管进行仿真时，在所述仿真中进行预期。
19、 根据权利要求17所述的设备，其进一步包括经配置以存取所述存储器元件 的至少一个处理器。
20、 根据权利要求17所述的设备，其中所述存储器元件包含非易失性存储器装置。
全文摘要
本申请案涉及一种用于晶体管的仿真模型。各种实施例包含用于使用仿真模型来对晶体管进行仿真的方法及设备，所述仿真模型包含耦合到二极管仿真模型的晶体管仿真模型。
文档编号G06F17/50GK101685477SQ200910176159
公开日2010年3月31日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年9月23日
发明者亚当·H·保利基威斯 申请人:爱特梅尔公司