Spice器件模型.docx
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Spice器件模型
SPICE的器件模型大全
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
1.3DC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：
2.1Ebers-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IcIe的工作范围不同，电流方程也各不相同：
2.1.4Early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。
2.2Ebers-Moll大信号模型：
2.3Gummel-Pool静态模型：
2.4Gummel-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
2.5BJT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：
3.2.2PN结电容：
3.3三级静态模型：
3.2MOSFET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
4.1N沟道JFET静态模型：
4.2JFET大信号模型：
4.3JFET模型参数表：
五、GaAsMESFET模型：
分两级模型（肖特基结作栅极）
GaAsMESFET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：
JKFFnff
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：
SRFFnff
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（<#inputs>,<#outputs>）*#
+<（timingmodel）name><（io_model）name>[FILE=<（filename）textvalue>]
+[DATA=$$][MNTYMXDLY=<（delayselect）value>]
+[IOLEVEL=<（interfacemodellevel）value>]
其中：
列表
<（filename）textvalue>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
是下列字母之一：
B二进制O八进制X十六进制
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。
7.1N模型：
数字输入N模型将逻辑状态（10XZ）转换成相对应的电压、阻抗。
数字模拟器的N模型语句：
N<（interface）node><（lowlevel）node><（highlevel）node><（model）nam
e>
+DGTLNET=<（digitalnet）name><（digitalIOmodel）name>[IS=（initialstate）]
数字文件的N模型语句：
N<（interface）node><（lowlevel）node><（highlevel）node><（model）nam
e>
+[SIGNAME=<（digital
signal）name>[IS=（initial
state）]
模型语句：
.MODEL
<（model）name>DINPUT[（模型参数
）]
模型参数表：
7.2O模型：
将模拟电压转换为逻辑状态（10XZ），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S
0NAME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<（interface）node><（model）name>
+DGTLNET=<（digitalnet）name><（digitalIOmodel）name>
数字文件的O模型语句：
O<（interface）node><（model）name>
+[SIGNAME=<（digitalsignal）name>
模型语句：
.MODEL<（model）name>DOUTPUT[（模型参数）]
模型参数表：
八、数学宏模型：
作为电路功能块或实验仪器插入电路系统中，代替或模拟电路系统的部分功能，有24种
8.1电压加法器：
8.2电压乘法器：
8.3电压除法器：
8.4电压平方：
基本运算方程：
8.5理想变压器：
8.6电压求平方根：
方程
8.7三角波/正弦波转换器：
三角波峰-峰值为2V，其中C=PI/2
8.8电压相移：
8.9电压积分器：
8.10电压微分器：
8.11电压绝对值：
（略）
8.12电压峰值探测器：
（略）
8.13频率乘法器：
8.14频率除法器：
8.15频率加法器/减法器：
8.16相位探测器：
8.17传输线：
模拟信号延迟（略）
8.18施密特触发器：
为避免不收敛，不使用
DC扫描，将模型中加入
PWL源，产生缓变上升
/下降斜波，与
瞬态分析效果相同
8.19
电压取样-保持电路：
（略）
8.20
脉冲宽度调制器：
（略）
8.21
电压幅度调制器：
（略）
8.22
电压对数放大器：
（略）
8.23N次根提取电路：
8.24拉氏变换：
（略）
九、系统方程宏模型：
可作为功能块代替某些未知的电路或不需要分析的电路，插入电路中，使电路系统的分析变得简单明了。
9.1积分器子电路：
作为求解微分方程组的基本运算部件，可在10MHz下工作
子电路描述文件：
*IntegratorSubcircuit
.Subcktint12
Gi02101u
Ci201uf
Ro201000MEG
.ENDSINT
9.2电感型微分电路：
受控源G的控制电压为Vin，输出电流i
9.3电容型微分电路：
9.4网络函数的SPICE模型：
高阶网络函数可分解为几个较简单的一阶、二阶函数，用级联和耦合结构来实现
十、非线性器件的模型：
10.1电容型传感器：
检测元件是非线性电容
10.2光敏电阻：
时变电阻
10.3变容二极管：
压控电容
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