CN102419782B - Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法 - Google Patents

Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声的模型方法，在所述Gummel Poon模型的基极串联第一噪声源，在集电极串联第二噪声源，在发射极串联第三噪声源，在基极并联第四噪声源，在集电极并联第五噪声源和第六噪声源；所述第一、第二和第三噪声源为噪声电压源，第一噪声源模拟基极寄生电阻产生的热噪声，第二噪声源模拟集电极寄生电阻产生的热噪声，第三噪声源模拟发射极寄生电阻产生的热噪声；所述第四、第五和第六噪声源为噪声电流源，第四噪声源模拟基极电流产生的散弹噪声，第五和第六噪声源模拟集电极电流产生的散弹噪声。本发明大大提高了Gummel Poon模型射频噪声的仿真精度，使得Gummel Poon模型仿真数据与测试数据能够很好的吻合。

Description

Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法
技术领域
本发明涉及一种关于半导体器件的模型方法，尤其是一种在Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声的模型方法。
背景技术
Gummel Poon是由美国伯克力大学开发的一种模拟双极晶体管(BJT)的模型，1990年发布最初版本，后经过多次升级版本，现已成为业届标准的双极晶体管(BJT)的模型。该模型包含了双极晶体管寄生电容参数的提取、寄生电阻参数的提取、非线性直流模型参数的提取、小信号模型参数的提取以及温度系数的提取。但其没有考虑射频相关性噪声模型，这在高频下显得尤其重要，这给射频电路的设计带来了困难与不便，特别是在对噪声系数要求非常高的射频电路收发器等的设计中，对射频噪声模型提出了要求及需求，特别是具有相关性的噪声模型。目前Gummel Poon模型本身没有实现相关性噪声模型，虽然某些仿真软件如HSPICE,SPECTRE等在Gummel Poon模型基础上加入了寄生电阻热噪声及散弹噪声，但每个噪声源之间都是独立不相关的；如图1所示，非相关性的模型精度比较差的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声的模型方法，能够在Gummel Poon模型基础上实现射频相关性噪声模型，提高射频噪声的仿真精度。
为解决上述技术问题，本发明在Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声的模型方法的技术方案是，在所述Gummel Poon模型的基极串联第一噪声源，在集电极串联第二噪声源，在发射极串联第三噪声源，在基极并联第四噪声源，在集电极并联第五噪声源和第六噪声源；所述第一、第二和第三噪声源为噪声电压源，第一噪声源模拟基极寄生电阻产生的热噪声，第二噪声源模拟集电极寄生电阻产生的热噪声，第三噪声源模拟发射极寄生电阻产生的热噪声；所述第四、第五和第六噪声源为噪声电流源，第四噪声源模拟基极电流产生的散弹噪声，第五和第六噪声源模拟集电极电流产生的散弹噪声。
本发明通过在Gummel Poon模型上增加了多个噪声源，大大提高了Gummel Poon模型射频噪声的仿真精度，使得Gummel Poon模型仿真数据与测试数据能够很好的吻合。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的描述。
图1为模型仿真数据与测试数据比较的示意图。
图2为本发明在Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声的模型方法中Gummel Poon模型的示意图。
图3为本发明虚拟噪声电流源的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种在Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声的模型方法，如图2所示，在所述Gummel Poon模型的基极串联第一噪声源1，在集电极串联第二噪声源2，在发射极串联第三噪声源3，在基极并联第四噪声源4，在集电极并联第五噪声源5和第六噪声源6；所述第一、第二和第三噪声源为噪声电压源，第一噪声源模拟基极寄生电阻产生的热噪声，第二噪声源模拟集电极寄生电阻产生的热噪声，第三噪声源模拟发射极寄生电阻产生的热噪声；所述第四、第五和第六噪声源为噪声电流源，第四噪声源模拟基极电流产生的散弹噪声，第五和第六噪声源模拟集电极电流产生的散弹噪声。
所述第一噪声源产生的噪声大小为4kTRb，所述第二噪声源产生的噪声大小为4kTRc，所述第三噪声源产生的噪声大小为4kTRe，其中                                                
Figure 428041DEST_PATH_IMAGE001
为玻尔兹曼常数，为绝对温度，Rb为基极寄生电阻的阻值，Rc为集电极寄生电阻的阻值，Re为发射极寄生电阻的阻值。
基极寄生电阻的噪声电压源以verilog-A 为例表示如下：
V(b,bi) <+ white_noise(4*K*T*R)。
V(b,bi)表示如图2所示基极寄生电阻所在节点。
集电极、发射极寄生电阻的噪声电压源以此类推。
所述第四噪声源产生的噪声大小为2qIb，其中q为单位电荷，Ib为基极电流。
所述第五噪声源产生的噪声大小为，其中q为单位电荷，Ib为基极电流，
Figure 203690DEST_PATH_IMAGE004
为电流增益，
Figure 688808DEST_PATH_IMAGE005
为频率，
Figure 855829DEST_PATH_IMAGE006
为噪声渡越时间。
所述第六噪声源产生的噪声大小为
Figure 749573DEST_PATH_IMAGE007
，其中q为单位电荷，为电流增益，
Figure 884943DEST_PATH_IMAGE005
为频率，
Figure 338927DEST_PATH_IMAGE006
为噪声渡越时间，为集电极电流。
噪声电流源以verilog-A 为例表示如下：
I(c,ci)<+ white_noise(
Figure 315028DEST_PATH_IMAGE007
)
所述的噪声渡越时间
Figure 823238DEST_PATH_IMAGE006
，其取值范围为
Figure 263054DEST_PATH_IMAGE009
。
所述第一、第二、第三和第六噪声源为独立的噪声源，即为完全不相关的噪声源；所述第四和第五噪声源为相关噪声源。
所述第四和第五噪声源包含有相同噪声成分
Figure 187016DEST_PATH_IMAGE010
，该相同噪声成分
Figure 983107DEST_PATH_IMAGE010
由同一个噪声源产生，即定义一个虚拟噪声源，产生的噪声大小为
Figure 724535DEST_PATH_IMAGE010
，将噪声源4、5的噪声值中的由该虚拟噪声源替代，如图3所示。
该虚拟噪声电流源以verilog-A 为例表示如下：
I(p) <+white_noise(
Figure 552869DEST_PATH_IMAGE010
)
那么第四和第五噪声源可以表示如下：
I(b,bi) <+ white_noise(I(p))
I(c,ci)<+ white_noise(I(p)* )
即噪声电流源4和5中相同噪声成分由同一噪声源产生，实现相关性。
通过拟合因子
Figure 92358DEST_PATH_IMAGE006
调整，
Figure 257498DEST_PATH_IMAGE009
。
双极晶体管内存在5个噪声源，3个寄生电阻的热噪声和2个结的散弹噪声，需要将这些噪声源加入到模型中去，但是基极端的散弹噪声和集电极端的散弹噪声是具有相关性的，且是部分相关，可以如这样表示：Inc=Inc1+Inc2=A*Inb+Inc2，这样可以将集电极端的散弹噪声Inc分解为两部分Inc1和Inc2，Inc1部分为与基极端的散弹噪声Inb完全相关，A为相关系数，另一部分Inc2完全不相关，从而可以实现相关性噪声模型。即得到如图2所示的模型电路中的6个噪声源。
综上所述，本发明通过在Gummel Poon模型上增加了多个噪声源，大大提高了Gummel Poon模型射频噪声的仿真精度，使得Gummel Poon模型仿真数据与测试数据能够很好的吻合。

Claims (7)

1.一种Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，在所述Gummel Poon模型的基极串联第一噪声源，在集电极串联第二噪声源，在发射极串联第三噪声源，在基极并联第四噪声源，在集电极并联第五噪声源和第六噪声源；所述第一、第二和第三噪声源为噪声电压源，第一噪声源模拟基极寄生电阻产生的热噪声，第二噪声源模拟集电极寄生电阻产生的热噪声，第三噪声源模拟发射极寄生电阻产生的热噪声；所述第四、第五和第六噪声源为噪声电流源，第四噪声源模拟基极电流产生的散弹噪声，第五和第六噪声源模拟集电极电流产生的散弹噪声；所述第一、第二、第三和第六噪声源为独立的噪声源，即为完全不相关的噪声源；所述第四和第五噪声源为相关噪声源，包含有相同噪声成分，该相同噪声成分由同一个噪声源产生。
2.根据权利要求1所述的Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，所述第一噪声源产生的噪声大小为4kTRb，所述第二噪声源产生的噪声大小为4kTRc，所述第三噪声源产生的噪声大小为4kTRe，其中k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，Rb为基极寄生电阻的阻值，Rc为集电极寄生电阻的阻值，Re为发射极寄生电阻的阻值。
3.根据权利要求1所述的Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，所述第四噪声源产生的噪声大小为2qIb，其中q为单位电荷，Ib为基极电流。
4.根据权利要求1所述的Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，所述第五噪声源产生的噪声大小为
Figure FDA00002799877300011
其中q为单位电荷，Ib为基极电流，β为电流增益，ω为频率，τn为噪声渡越时间。
5.根据权利要求1所述的Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，所述第六噪声源产生的噪声大小为
Figure FDA00002799877300012
其中q为单位电荷，β为电流增益，ω为频率，τn为噪声渡越时间，Ic为集电极电流。
6.根据权利要求4或5所述的Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，所述的噪声渡越时间τn，其取值范围为0＜τn＜1。
7.根据权利要求1所述的Gummel Poon模型上实现射频相关性噪声方法，其特征在于，所述第四和第五噪声源包含有相同噪声成分2qIb，该相同噪声成分2qIb由同一个噪声源产生，即定义一个虚拟噪声源，产生的噪声大小为2qIb，将噪声源4、5的噪声值中的2qIb由该虚拟噪声源替代。
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