CN101957874A - 电阻模型提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电阻模型提取方法，该电阻模型具有多个级联电阻并用于分压电路中，该方法至少包含：分别通过改变该电阻模型的长度与宽度，并根据传统二节点电阻提取公式，提取所需参数值；以及根据该所需参数值，提取该多个级联电阻的各个电阻值，通过本发明的电阻模型提取方法，可以达到对具有多个节点的分压电路的电阻模型进行准确提取的目的。

Description

电阻模型提取方法

技术领域

本发明关于一种电阻模型提取方法，特别是关于一种分压电路的抽头电阻模型提取方法。

背景技术

电阻是电路中最基本的元器件之一，其基本定义是衡量电子通过某种材料的难易程度，其定量计算式如下：

$R=\mathrm{\ρ}\×\frac{L}{S}$ 式1

其中，L和S为电阻材料的长度和横截面的面积。长度越长，电子通过的难度越大，电阻越大；横截面的面积越小，电子通过越难，电阻越大；ρ为电阻率，单位为Ω.m，表征某种材料的导电性能，根据电阻率大小程都一般将材料分为绝缘体、导体和半导体。

为了准确控制电阻值，分离器件的电阻一般使用特殊材料制成，如金属膜电阻使用电阻率稳定的某些金属或其氧化膜，制造时将该材料涂抹在绝缘磁管上，然后蚀刻成螺旋状以增加有效长度和控制截面积，并按相应的方法来计算电阻值；为改善螺旋的电感效应，现代器件一般使用表面贴装的电阻，这种电阻一般做成080x050或060x030或040x020mil等长方体块的封装形式，其电阻计算或提取遵从相应规律。为进一步减小电路和最终产品的体积，集成电路被大量使用，电阻以更小的形式在集成电路里被大量使用，典型形式如MOS电阻、多晶硅电阻，而多晶硅电阻(方块电阻)是集成电路中最常使用的一种。

在集成电路里，所使用的工艺决定各部分的材料的厚度包括多晶硅电阻的厚度，它们在本工艺场景下是固定的，因此上面的式1可变形为

$R=\mathrm{\ρ}\×\frac{L}{S}=\mathrm{\ρ}\×\frac{L}{W\×t}=\frac{\mathrm{\ρ}}{t}\×\frac{L}{W}=\mathrm{Rsh}\×\frac{L}{W}$ 式2

其中，Rsh＝ρ/t，定义为方块电阻的电阻率，单位为Ω/□，L为方块电阻长度，W为方块电阻宽度，L和W单位相同(一般为μm)。

考虑到集成电路蚀刻和其他因素的影响，其有效长度和有效宽度均和设计值存在一定的误差，典型情况如蚀刻等引起的长度和宽度变化，定义考长度和宽度的误差为等效误差DelataL和DeltaW，综合或提取电阻值时需要充分考虑；另外，一般电阻两端需要和金属引线相连以便于将电阻有效连接在其他电路中，这两个金属节点会产生固定的端接电阻Rend1和Rend2，或以Rend表示，Rend＝Rend1+Rend2。考虑上述因素，传统的多晶硅电阻提取表达式变化为下式：

R＝Rsh×(L+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rend，Rend＝Rend1+Rend2        式3

式中DeltaL和DeltaW为蚀刻长度误差与蚀刻宽度误差，Rend为两端引线造成的固有电阻。

图1是一种经常用于分压电路的电阻模型，Rend1与Rend2分别为两端引线造成的固有电阻，Length为电阻长度，Width为电阻宽度，由于图1分压电路的电阻模型中涉及多个节点(如Rtap1、Rtap2、Rtap3......Rtapn-1以及Rtapn)，故传统二节点电阻提取公式(式3)不能适用。

综上所述，可知先前技术中存在用于分压电路的电阻模型由于涉及多个节点而无法采用传统的二节点电阻提取方法提取获得的问题，因此实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。

发明内容

为克服上述现有技术存在的由于用于分压电路的电阻涉及多个节点而无法由传统的二节点电阻提取方法提取电阻的缺点，本发明的主要目的在于提供一种电阻模型提取方法，其通过对电源模型长度与宽度的改变，利用传统电阻提取公式提取所需参数值，以达到对具有多个节点的分压电路的电阻模型进行准确提取的目的。

为达上述及其它目的，本发明一种电阻模型提取方法，该电阻模型具有多个节点并用于分压电路中，该方法至少包含：

步骤101，分别改变该电阻模型的长度与宽度，并根据传统二节点电阻提取公式，提取所需参数值；以及

步骤102，根据该所需参数值，提取该电阻模型各个级联电阻的电阻值。

该所需参数值包括电阻率、蚀刻长度误差、蚀刻宽度误差以及两端引线造成的固有电阻。

进一步地，步骤101更包括如下步骤：

改变该电阻模型的长度，并在该电组模型两端间加偏置电压，测量不同长度时电阻的电阻值，提取该蚀刻宽度误差；

改变该电阻模型的宽度，并在该电阻模型两端间加偏置电压，测量不同宽度时电阻的电阻值，提取该蚀刻长度误差以及该两端引线造成的固有电阻；以及

选择一组不同长度或宽度的电阻，在上半部节点或下半部节点间测量节点间的电阻，根据该传统二节点电阻提取公式提取获得断电阻。

进一步地，在步骤101之后，还存在如下步骤：多次改变该电阻模型的长度与宽度，并分别根据该传统二节点电阻提取公式提取该所需参数值，并对多次提取的该所需参数值进行数值拟合，以获得该所需参数值的优化值。

该传统二节点提取公式为：R＝Rsh×(L+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rend，其中，Rsh为电阻率，DeltaL为蚀刻长度误差，DeltaW为蚀刻宽度误差，Rend为该电阻模型两端引线造成的固有电阻

该断电阻为节点连接形成的电阻。

与现有技术相比，本发明一种电阻模型提取方法通过改变电阻模型的长度与宽度，并根据传统二节点电阻提取公式提取所需参数值，并可通过电路描述语言描述具有该电阻模型的分压电路，多次改变电阻模型的长度与宽度，提取多组所需参数值，并进行数值拟合获得更准确的参数值，可以获得具有多个抽头的电阻网络的各抽头间电阻值，达到了对具有多个节点的分压电路的电阻模型进行准确提取的目的，由此组成的分压电路的分压也很容易计算。

附图说明

图1为常用的分压电路的电阻模型示意图；

图2为图1中电阻模型的等效子电路；

图3为本发明一种电阻模型提取方法的流程图；

图4为图3中步骤101的详细流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明较佳实施例中用于分压电路的抽头电阻模型的等效电路。为便于理解本发明，在此将图1的电阻模型等效为图2的子电路。根据图2，本发明用于分压电路的电阻模型包括多个级联电阻R1、R2、......R(n/2+1)，其具有多个节点，其中，Rtap1、Rtap3、Rtap5....Rtapn-1为上半部节点，Rtap2、Rtap4、Rtap6......Rtapn为下半部节点，具体来说，节点Rtap1与节点Rtap2为电阻R1与电阻R2之间的节点，节点Rtap3与节点Rtap4为电阻R3与电阻R4之间的节点，依此类推，节点Rtap(n-1)与节点Rtap(n)为电阻R(n/2)与电阻R(n/2+1)之间的节点。

图3为本发明之电阻模型提取方法的流程图。本发明之电路模型提取方法，用于分压电路，包括以下步骤：

步骤101，分别改变电阻模型的长度与宽度，根据传统二节点电阻提取公式，提取所需参数值，具体来说，这里的所需参数值包括方块电阻的电阻率Rsh、蚀刻长度误差DeltaL，时刻宽度误差DeltaW以及两端引线造成的固有电阻Rend，传统二节点电阻提取公式为：R＝Rsh×(L+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rend，Rend＝Rend1+Rend2，其中Rsh为电阻模型的方块电阻的电阻率，DeltaL和DeltaW为蚀刻长度误差与蚀刻宽度误差，Rend为电阻模型两端引线造成的固有电阻；以及

步骤102，通过上述步骤获得的所需参数值，即可提取具有n/2个抽头的电阻模型的各抽头间的电阻值(共n/2+1个电阻)，也就可以容易提取该电阻模型中各个级联电阻的电阻值，那么由此组成的分压电路的分压也就能很容易计算获得，这也意味中本发明的电阻模型能够被提取。

图4为本发明较佳实施例中参数提取的详细流程。本发明较佳实施例中，步骤101更可以包含以下步骤：

步骤101a，改变电阻模型的长度，模拟实际应用，并在电阻Rend1和Rend2两端间加偏置电压，测量不同长度的电阻的阻值，提取蚀刻宽度误差DelataW；

L1和L2长度时电阻分别为：

R_L1＝Rsh×(L₁+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rend

R_L2＝Rsh×(L₂+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rend

两式相减得到R_L1-R_L2＝Rsh×(L₁-L₂)/(W+DeltaW)

两式移项相除得到

步骤101b，改变电阻模型的宽度，模拟实际应用，并在电阻Rend1和Rend2两端间加偏置电压，测量不同宽度的电阻的阻值，提取蚀刻长度误差DelataL与两端引线造成的固有电阻Rend；

W1和W2长度时电阻分别为：

R_W1＝Rsh×(L+DeltaL)/(W₁+DeltaW)+Rend

R_W2＝Rsh×(L+DeltaL)/(W₂+DeltaW)+Rend

两式相减得到

两式移项相除得到

这样，可见通过运算，即可以获得参数值Rsh、DeltaL、DeltaW、Rend的表示式；

步骤101c，选择一组不同长度或宽度的电阻，在上半部节点或下半部节点间测量节点间的电阻，节点等同于电阻的端点，端点连接形成的电阻Rtap即是端电阻Rend，根据传统提取方法R＝Rsh×(L+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rtap不难得到Rtap值。

为更准确的提取本发明的电阻模型，在步骤101之后，往往还采用如下步骤：多次改变该电阻模型的长度与宽度，并分别根据该传统二节点电阻提取公式提取该所需参数值，并对多次提取的该所需参数值进行数值拟合，以获得该所需参数值的优化值。具体来说，该步骤可以用电路描述语言来实现，用电路描述语言描述具有该电阻模型的分压电路，多次改变电阻模型的长度与宽度，以多次提取的所需参数值，并进行数值拟合获得所需参数值的优化值，以达到更准确提取本发明电阻模型的目的。以下是本发明较佳实施例中Hspice的例子：

subckt Rtap rend1 rtap1...rtapn Rend2 l＝length w＝width

 .param lseg＝l/(n/2+1)

  r01 rend1 rtap1‘Rsh*(lseg+dl)*(w+dw)+rend+rtap’

  r02 rtap1 rtap3‘rsh*lseg/w+2rtap’

  r(n/2)rtap(n-3)rtap(n-1)‘rsh*lseg/w+2rtap’

  r(n/2+1)rtap(n-1)rtend2‘Rsh*(lseg+dl)*(w+dw)+rend+rtap’

.ends Rtap。

可见，本发明一种电阻模型提取方法通过改变电阻模型的长度与宽度，并根据传统的二节点电阻提取公式提取所需参数值，并可通过电路描述语言描述具有该电阻模型的电路，并进行数值拟合获得该所需参数值的优化值，可以获得具有多个抽头的电阻网络的各抽头间电阻值，达到了对具有多个节点的分压电路的电阻模型进行准确提取的目的，由此组成的分压电路的分压也很容易计算。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种电阻模型提取方法，该电阻模型具有多个级联电阻，并用于分压电路中，该方法至少包含：

步骤101，分别改变该电阻模型的长度与宽度，并根据传统二节点电阻提取公式，提取所需参数值；以及

步骤102，根据该所需参数值，提取该电阻模型各个级联电阻的电阻值。

2.如权利要求1所述的电阻模型提取方法，其特征在于：该所需参数值包括电阻率、蚀刻长度误差、蚀刻宽度误差以及两端引线造成的固有电阻。

3.如权利要求2所述的电阻模型提取方法，其特征在于，步骤101更包括如下步骤：

改变该电阻模型的长度，并在该电组模型两端间加偏置电压，测量不同长度时电阻的电阻值，提取该蚀刻宽度误差；

改变该电阻模型的宽度，并在该电阻模型两端间加偏置电压，测量不同宽度时电阻的电阻值，提取该蚀刻长度误差以及该两端引线造成的固有电阻；以及

选择一组不同长度或宽度的电阻，在上半部节点或下半部节点间测量节点间的电阻，根据该传统二节点电阻提取公式提取获得断电阻。

4.如权利要求3所述的电阻模型提取方法，其特征在于，在步骤101之后，还存在如下步骤：多次改变该电阻模型的长度与宽度，并分别根据该传统二节点电阻提取公式提取该所需参数值，并对多次提取的该所需参数值进行数值拟合，以获得该所需参数值的优化值。

5.如权利要求4所述的电阻模型提取方法，其特征在于：该传统二节点提取公式为：R＝Rsh×(L+DeltaL)/(W+DeltaW)+Rend，其中，Rsh为该电阻率，DeltaL为该蚀刻长度误差，DeltaW为该蚀刻宽度误差，Rend为该两端引线造成的固有电阻。

6.如权利要求5所述的电阻模型提取方法，其特征在于，该断电阻为节点连接形成的电阻。

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