一种基于仿真的绝缘栅双极型晶体管的电流特性测定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于仿真的绝缘栅双极型晶体管的电流特性测定方法，包括以下步骤：步骤10）获取绝缘栅双极型晶体管的测试导通特性和测试输出特性；步骤20）建立仿真程序内部集成模型的仿真电路；步骤30）建立实际集电极电压与修正集电极电压的对应关系；步骤40）得到实际集电极电压与修正集电极电压的修正系数；步骤50）仿真建立一次修正的实际导通特性；步骤60）建立实际栅极电压与修正栅极电压的对应关系；步骤70）得到实际栅极电压与修正栅极电压的修正系数；步骤80）仿真建立二次修正的实际输出特性。该方法可以解决注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型的电流特性精确度不高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压功率半导体器件的仿真领域，具体来说，涉及一种在注重集成电路仿真程序PSPICE中，高压功率器件绝缘栅双极型晶体管的电流测定方法。
技术介绍
随着电子电力技术的不断发展，功率半导体器件作为电子电力系统中能量控制和转化的基本电子元器件，得到越来越广泛的应用。上世纪80年代出现的绝缘栅双极型器件(绝缘栅双极型晶体管)集高压三极管(BJT)的大电流处理能力和绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)栅极电压控制特性于一身，具有输入阻抗高、开关速度快、驱动功率小，电流驱动能力大和导通阻抗低等优点，是近乎理想的功率半导体器件，具有广泛的发展和应用前景。集成电路用器件模型是连接实际器件和电路仿真的桥梁。集成电路用器件的SPICE模型建立在基本元器件(如晶体管、绝缘栅双极型晶体管、电阻、电容等)的工作机理和物理细节之上，可以用于SPICE仿真器，精确的在电路级、器件级仿真系统仿真器件的静态和动态工作特性，验证系统的逻辑功能，进行系统级的信号完整性分析。因此，SPICE模型在集成电路设计中得到了广泛的应用。注重集成电路仿真程序PSPICE是集成电路SPICE (Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis)仿真软件中的一种,主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。注重集成电路仿真程序PSPICE具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，其中包括能够支持AA (Advanced Analysis)分析的图形化的绝缘栅双极型晶体管模型。注重集成电路仿真程序PSPICE中的绝缘栅双极型晶体管模型电流特性方面可以提取的模型参数主要有参数VT0,参数KP,参数RD,参数RS,但这并不能够很精确的模拟实际绝缘栅双极型晶体管器件的特性，因此，为了精确仿真电路及绝缘栅双极型晶体管的电学特性，需要对注重集成电路仿真程序PSPICE中的绝缘栅双极型晶体管模型进行修正。本专利技术介绍了一种在注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型的基础上进行改进的方法，改进后的绝缘栅双极型晶体管的模型与注重集成电路仿真程序PSPICE中原始的绝缘栅双极型晶体管模型相比，导通特性及输出特性的精度得到明显的提高。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提供，该方法简单有效，可以解决注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管仿真实际导通特性，实际输出特性精度不高的问题。技术方案:为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:步骤:步骤10)从绝缘栅双极型晶 体管的说明书中，获取绝缘栅双极型晶体管的测试导通特性和测试输出特性，步骤20)将注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型的栅极和集电极分别接直流电源，栅极所接直流电源的输出电压及集电极所接直流电源的输出电压分别等于测试导通特性中的栅极电压和集电极电压，建立注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，步骤201)分别从注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型中，获取绝缘栅双极型晶体管模型的参数VT0、参数KP、参数RD及参数RS的初值，步骤202)利用注重集成电路仿真程序PSPICE仿真得到说明书测试条件下的绝缘栅双极型晶体管的实际导通特性，步骤203)如果测试导通特性和仿真的实际导通特性之间的误差小于门限40%，则进入步骤30)，否则，进入步骤204)，步骤204)令 VTO值=VTO值+0.0IV，KP 值=KP 值+0.01cm2/vs，RD 值=RD 值+0.01 Ω，RS值=RS值+0.01 Ω，并返回步骤202)，步骤30)建立实际集电极电压与修正集电极电压的对应关系，步骤301)针对测试导通特性，实际集电极电压从OV开始，每隔0.5V，查找相对应集电极电压下的测试导通特性中的测试电流值，步骤302)针对实际导通特性，根据步骤301)查找到的测试电流值，在实际导通特性中找到所述测试电流值所对应的一次集电极电压，用所述一次集电极电压减去所对应的实际集电极电压得到二次集电极电压，所述二次集电极电压记为修正集电极电压，建立实际集电极电压和修正集电极电压的对应关系，步骤40)按照步骤302)建立的实际集电极电压和修正集电极电压的对应关系，利用MATLAB仿真软件中的多项式拟合函数polyfit，输入3个参数，分别为实际集电极电压、修正集电极电压、阶数3，运算得到4个修正集电极电压系数，步骤50)仿真建立一次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际导通特性，步骤501)利用注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的电压控制电压源，这个电压控制电压源记为第一电压控制电压源，将集电极所接直流电源从绝缘栅双极型晶体管模型的集电极上撤下，并将撤下的集电极所接直流电源的输出端接至第一电压控制电压源的正极输入端和第一电压控制电压源的负极输出端，再将第一电压控制电压源的正极输出端接至绝缘栅双极型晶体管模型的集电极，得到一次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，步骤502)在注重集成电路仿真程序PSPICE中，打开第一电压控制电压源的属性，在系数一栏填入步骤40)得到的4个修正集电极电压系数，仿真得到一次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际导通特性，步骤60)建立实际栅极电压与修正栅极电压的对应关系，步骤601)针对步骤10)所述的测试输出特性，依次找到各栅极电压下对应的器件测试饱和电流，步骤602)根据步骤501)建立的一次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，仿真得到绝缘栅双极型晶体管的实际转移特性，步骤603)根据步骤601)查找得到的测试饱和电流，在步骤602)仿真得到的实际转移特性曲线中查找所述测试饱和电流所对应的一次栅极电压，用所述一次栅极电压减去所对应的实际栅极电压得到二次栅极电压，所述二次栅极电压记做修正栅极电压，建立实际栅极电压与修正栅极电压之间的对应关系，步骤70)按照步骤603)建立的实际栅极电压和修正栅极电压的对应关系，利用MATLAB仿真软件中的多项式拟合函数polyf it，输入3个参数，分别为实际栅极电压、修正栅极电压、阶数3，运算得到4个修正栅极电压系数，步骤80)仿真建立二次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际输出特性，步骤801)利用注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的电压控制电压源，这个电压控制电压源记为第二电压控制电压源，根据步骤501)得到的一次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，将栅极所接直流电源从绝缘栅双极型晶体管模型的栅极上撤下，并将撤下的栅极所接直流电源的输出端接至第二电压控制电压源的正极输入端和第二电压控制电压源的负极输出端，再将第二电压控制电压源的正极输出端接至绝缘栅双极型晶体管模型的栅极，得到二次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，步骤802)在注重集成电路仿真程序PSPICE中，打开第二电压控制电压源的属性，在系数一栏填入步骤70)得到的4个修正栅极电压系数，仿真得到二次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际输出特性。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:(I)、本专利技术基于注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型，并在内部集成的绝缘栅双极型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于仿真的绝缘栅双极型晶体管的电流特性测定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤10）从绝缘栅双极型晶体管的说明书中，获取绝缘栅双极型晶体管的测试导通特性和测试输出特性，所述测试导通特性为绝缘栅双极型晶体管的栅极接固定电压，所加的这个固定电压大于器件的阈值电压，从低到高扫描集电极电压得到的一组集电极电压对应集电极电流的关系曲线，所述测试输出特性为绝缘栅双极型晶体管的栅极电压从低于阈值电压变化到高于阈值电压的过程中，在对应的每个栅极电压下，从低到高扫描集电极电压得到的一组集电极电压对应集电极电流的关系曲线，步骤20）将注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型的栅极和集电极分别接直流电源，栅极所接直流电源的输出电压及集电极所接直流电源的输出电压分别等于测试导通特性中的栅极电压和集电极电压，建立注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，步骤201）分别从注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的绝缘栅双极型晶体管模型中，获取绝缘栅双极型晶体管模型的参数VTO、参数KP、参数RD及参数RS的初值，步骤202）利用注重集成电路仿真程序PSPICE仿真得到说明书测试条件下的绝缘栅双极型晶体管的实际导通特性，步骤203）如果测试导通特性和仿真的实际导通特性之间的误差小于门限40%，则进入步骤30），否则，进入步骤204），步骤204）令VTO值=VTO值+0.01V，KP值=KP值+0.01cm2/vs，RD值=RD值+0.01Ω，RS值=RS值+0.01Ω，其中，V为参数VTO的单位，cm2/vs为参数KP的单位，Ω为参数RD及参数RS的单位，并返回步骤202），步骤30）建立实际集电极电压与修正集电极电压的对应关系，步骤301）针对测试导通特性，实际集电极电压从0V开始，每隔0.5V，查 找相对应集电极电压下的测试导通特性中的测试电流值，步骤302）针对实际导通特性，根据步骤301）查找到的测试电流值，在实际导通特性中找到所述测试电流值所对应的一次集电极电压，用所述一次集电极电压减去所对应的实际集电极电压得到二次集电极电压，所述二次集电极电压记为修正集电极电压，建立实际集电极电压和修正集电极电压的对应关系，步骤40）按照步骤302）建立的实际集电极电压和修正集电极电压的对应关系，利用MATLAB仿真软件中的多项式拟合函数polyfit，输入3个参数，分别为实际集电极电压、修正集电极电压、阶数3，运算得到4个修正集电极电压系数，步骤50）仿真建立一次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际导通特性，步骤501）利用注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的电压控制电压源，这个电压控制电压源记为第一电压控制电压源，将集电极所接直流电源从绝缘栅双极型晶体管模型的集电极上撤下，并将撤下的集电极所接直流电源的输出端接至第一电压控制电压源的正极输入端和第一电压控制电压源的负极输出端，再将第一电压控制电压源的正极输出端接至绝缘栅双极型晶体管模型的集电极，得到一次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，步骤502）在注重集成电路仿真程序PSPICE中，打开第一电压控制电压源的属性，在系数一栏填入步骤40）得到的4个修正集电极电压系数，仿真得到一次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际导通特性，步骤60）建立实际栅极电压与修正栅极电压的对应关系，步骤601）针对步骤10）所述的测试输出特性，依次找到各栅极电压下对应的器件测试饱和电流，步骤602）根据步骤501）建立的一次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，仿真得到绝缘栅双极型晶体管的实际转移特性，所述实际转移特性为绝缘栅双极型晶体管的集电极接固定的电压，从低到高扫描栅极电压得到的栅极电压对应集电极电流的关系曲线，步骤603）根据步骤601）查找得到的测试饱和电流，在步骤602）仿真得到的实际转移特性曲线中查找所述测试饱和电流所对应的一次栅极电压，用所述一次栅极电压减去所对应的实际栅极电压得到二次栅极电压，所述二次栅极电压 记做修正栅极电压，建立实际栅极电压与修正栅极电压之间的对应关系，步骤70）按照步骤603）建立的实际栅极电压和修正栅极电压的对应关系，利用MATLAB仿真软件中的多项式拟合函数polyfit，输入3个参数，分别为实际栅极电压、修正栅极电压、阶数3，运算得到4个修正栅极电压系数，步骤80）仿真建立二次修正的绝缘栅双极型晶体管的实际输出特性，步骤801）利用注重集成电路仿真程序PSPICE内部集成的电压控制电压源，这个电压控制电压源记为第二电压控制电压源，根据步骤501）得到的一次修正的绝缘栅双极型晶体管模型的仿真电路，将栅极所接直流电源从绝缘栅双极型晶体管模型的栅极上撤下，并将撤下的栅极所接直流电源的输出端接至第二电压控制电...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘斯扬，黄栋，朱荣霞，张春伟，宋慧滨，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32