CN112632891A - Spice模型仿真系统及仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SPICE模型仿真系统，包括：模型导入模块，其用于导入模型文件；模型解析模块，其用于判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解析模型文件类型获得模型参数；实测数据导入模块，其用于导入器件实测数据；仿真条件输入模块，其用于输入器件物理特性和器件仿真条件；仿真优化模块，其用于根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果。本发明还公开了一种SPICE模型仿真方法。本发明能降低操作员的技术要求能快速、准确获得仿真结果。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种SPICE模型仿真系统。本发明还涉及一种SPICE模型仿真方法。
背景技术
在目前超大规模集成电路的研发制造过程中，高效精准的SPICE模型是电路从功能 设计到实现的关键，而开发的SPICE模型必须借助各种商业化EDA仿真软件如HSPICE、Spectre、Eldo等来进行仿真，除非是复杂的电路级仿真，一般的晶体管级电性特征仿 真采用商业化EDA仿真软件往往大材小用。并且用这些EDA软件还必须熟悉各软件的使 用方法及仿真网表的语法等等，需要专业的SPICE模型工程师或电路设计工程师才能实 现复杂的仿真过程。
目前业界的EDA仿真软件的MOSFET晶体管的核心代码都是基于在美国加州大学伯克利分校的电气工程与计算机科学系(Department of Electrical Engineering andComputer Sciences(EECS))伯克利短通道IGFET模型组BSIM(Berkeley Short-channelIGFET Model)Group(http://bsim.berkeley.edu/)开发的完全开源的BSIM SPICE模 拟算法(基于C语言开发)，再结合各自仿真软件特点并拥有一系列使用许可。随着国 际标准及不断优化的内部流程算法，现有SPICE模型仿真技术门槛逐渐提高，对半导体 工程是的技术要求也越来越高，不利于工程项目开发。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现 有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种能降低操作人员技术要求只需要输入模型文 件、实测数据和仿真条件就能快速、准确获得仿真结果的SPICE模型仿真系统。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种能降低操作人员技术要求只需要输入模 型文件、实测数据和仿真条件就能快速、准确获得仿真结果的SPICE模型仿真方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种SPICE模型仿真系统，包括：
模型导入模块，其用于导入模型文件；
模型解析模块，其用于判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解 析模型文件类型获得模型参数；
实测数据导入模块，其用于导入器件实测数据；
仿真条件输入模块，其用于输入器件物理特性和器件仿真条件；
通过载入批量OP(Operation Point，工作点仿真)文件输入文件，实现同一类型的器件在同一电压下、不同尺寸、温度下的仿真值。以及，载入模型的路径、名称、类型 及批处理文件信息等。
仿真优化模块，其用于根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真系统，导入模型文件包括模型库文件和/或单一模型参数文件。
所述模型库文件包含多个MOS模型及不同工艺角模型；
模型解析模块为实现对模型文件的自动解析，本发明开发了一套模型卡仿真器词法 分析器结合GUI界面可以将单一模型文件和整个模型库文件快速载入并进行自动解析来 读取模型卡参数。
该自动词法分析器分为简单词法分析器和高效词法分析器。简单词法分析器专门针 对Compact紧凑型模型，效词法分析器针对复杂型Sub-Circuit子电路模型。
简单词法分析器通过程序编程中的字典法，将每个参数建立二元式结构{参数名，参数值}，通过该方式在仿真器运算过程中方便读取到模型卡参数。例如下表1所示形 式；
| 参数名 | 参数值 |
| VTHO | -0.566 |
| LVTHO | 2.4380667E-009 |
| WVTHO | 1E-008 |
| K1 | 0.63 |
| … | … |
表1
高效词法分析器是针对目前SPICE模型中为了满足拟合精度用到的越来越多的数学 函数而开发的函数解析器，通过将转换为ASCII码后的特定字符的识别来进行函数判断， 可以自动解析出诸如MIN(最小值)，MAX(最大值)，INT(取整)函数，PWR，LOG，SQR 等运算法以及一个判断运算。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真系统，器件实测数据至少包括MOSFET电压-电流扫描数据。
通过载入MOSFET电压-电流扫描数据，将包含电压-电流数据导入并基于各个电压值仿真输出对应的电流值。并能利用可视化界面同时载入多个数据文件同时进行仿真计算，可以实现扫描数据及仿真同时显示，并能选择多个数据同时进行快速仿真。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真系统，仿真优化模块执行仿真优化至少包括：
1)消除连线导致寄生电阻的器件内部电压迭代；
2)阈值电压查找迭代；
3)统计失配模型，生成失配模型仿真随机数。
通过上述优化过程及通过预设输出参数定义实现仿真及基本电学特性输出，输出内 容包括直流下的饱和电流、栅端/源端/漏端/衬底等四端端口电流、阈值电压、基于蒙特卡洛失配模型仿真、还包括交流下特性如栅氧电容、沟道电容、不同频率下1/f闪烁 噪声等常用仿真结果输出。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真系统，仿真优化模块执行仿真优化1)包括以下步骤；
1.1)计算出外部施加电压下源漏端电流；
1.2)通过欧姆定律计算将由于连线和硅氧化物接触电阻(Rsc)以及源/漏端扩散电 阻(Rs,diff)导致的电压；
1.3)用初始电压减去寄生电压作为新的初始电压重新代入计算新的电流；
1.4)重复上述步骤1.1)～1.3)直至初始电压与上一次施加的初始电压的偏差小于 第一阈值。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真系统，仿真优化模块执行仿真优化2)采用以下步骤；
2.1)设定最低电压、最高电压和平均电压，计算获得平均电压下的仿真电流值；
2.2)基于二分扫描电压循环迭代计算获得所述仿真电流值，将所述仿真电流与与目标电流值比较，直至所述仿真电流与目标电流误差小于第二阈值或循环次迭代计算所述仿真电流次数大于第三阈值，则结束迭代此时的平均电压作为阈值电压。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真系统，仿真优化模块执行仿真优化3)采用以下步骤；
3.1)利用随机数函数Rnd()产生0-1之间的随机数变量x1和x2；
3.2)利用公式(1)产生一组符合正态分布的随机数；
3.3)根据仿真次数两个器件间隔调用所述随机数实现失配模型仿真。
本发明提供一种SPICE模型仿真方法，包括以下步骤：
S1，导入模型文件；
S2,判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解析模型文件类型获 得模型参数；
S3，导入器件实测数据；
S4，输入器件物理特性和器件仿真条件；
S5，根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，导入模型文件包括模型库文件和/或单一模型参数文件。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，模型卡仿真器词法分析器包括简单词法分析器和高效词法分析器；
简单词法分析器，其用于Compact紧凑型模型，利用字典法将每个参数建立二元式结构读取到模型卡参数
高效词法分析器，其用于复杂型Sub-Circuit子电路模型，其通过识别模型文件中特定字符进行函数判断，可以自动解析获得运算法和判断运算。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，器件实测数据至少包括MOSFET电压-电流扫描数据.
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，实施步骤S5时，仿真优化至 少包括：
1)消除连线导致寄生电阻的器件内部电压迭代；
2)阈值电压查找迭代；
3)统计失配模型，生成失配模型仿真随机数。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，执行仿真优化1)包括以下步骤；
1.1)计算出外部施加电压下源漏端电流；
1.2)通过欧姆定律计算将由于连线和硅氧化物接触电阻(Rsc)以及源/漏端扩散电 阻(Rs,diff)导致的电压；
1.3)用初始电压减去寄生电压作为新的初始电压重新代入计算新的电流；
1.4)重复上述步骤1.1)～1.3)直至初始电压与上一次施加的初始电压的偏差小于 第一阈值。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，执行仿真优化2)采用以下步骤；
2.1)设定最低电压、最高电压和平均电压，计算获得平均电压下的仿真电流值；
2.2)基于二分扫描电压循环迭代计算获得所述仿真电流值，将所述仿真电流与与目标电流值比较，直至所述仿真电流与目标电流误差小于第二阈值或循环次迭代计算所述仿真电流次数大于第三阈值，则结束迭代此时的平均电压作为阈值电压。
可选择的，进一步改进所述的SPICE模型仿真方法，执行仿真优化3)采用以下步骤；
3.1)利用随机数函数Rnd()产生0-1之间的随机数变量x1和x2；
3.2)利用公式(1)产生一组符合正态分布的随机数；
3.3)根据仿真次数两个器件间隔调用所述随机数实现失配模型仿真。
BSIM4模型是UC Berkley BSIM组开发的为业界公认的MOSFET晶体管模型标准，已被广泛应用于从0.35um到20nm技术节点，本发明可以基于UC Berkley开发的BSIM4.5 的核心算法采用VB编程语言开发出基于用户可视化GUI界面的仿真系统，通过简洁的 几步操作实现从模型库解析、电性仿真到参数调整、仿真输出等多项功能，并能根据实 际需求不断拓展功能。
UC Berkley BSIM组制定的SPICE模型标准BSIM4.5的核心算法是利用C语言来实现的，业界主流的商业化EDA仿真软件都是直接采用其代码再结合自己的算法及界面， 要用这些商业化仿真软件实现SPICE模型的仿真都必须用符合其各自软件的语法规则编 写仿真网表，要求使用者需要很强的专业背景；本发明通过C语言到VB的代码转换实 现了在GUI用户界面下从模型库解析、电性仿真到参数调整等多项功能，用户只需通过 GUI界面的输入就能完成常用的仿真，无需很强专业要求，并且所有的模型公式及参数 等都是按照UCBerkley BSIM组提供的标准，仿真精度与商业化EDA仿真软件是完全一 致的，对于更多的电学特性的仿真输出的需求可以通过完善代码来进一步扩展实现。本 发明经过与商业EDA仿真软件的结果对比，仿真计算精度完全一致，而且由于采用了仿 真优化可以达到更快的仿真速度，实现SPICE模型的晶体管级快速仿真。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或 材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附 图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范 围。下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是针对Compact紧凑型模型的简单词法分析器工作流程示意图。
图2是针对复杂型Sub-Circuit子电路模型的高效词法分析器工作流程示意图。
图3是本发明SPICE模型仿真方法流程示意图。
图4是本发明的计算过程等效电路示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体 实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以 下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形 式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供 这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术 方案充分传达给本领域技术人员。
第一实施例；
本发明提供SPICE模型仿真系统，包括：
模型导入模块，其用于导入模型文件，导入模型文件包括模型库文件和/或单一模型参数文件；
模型解析模块，其用于判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解 析模型文件类型获得模型参数；
实测数据导入模块，其用于导入器件实测数据；
仿真条件输入模块，其用于输入器件物理特性和器件仿真条件；
仿真优化模块，其用于根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果。
第二实施例；
本发明提供SPICE模型仿真系统，包括：
模型导入模块，其用于导入模型文件，导入模型文件包括模型库文件和/或单一模型参数文件；
模型解析模块，其用于判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解 析模型文件类型获得模型参数；模型卡仿真器词法分析器包括简单词法分析器和高效词 法分析器；简单词法分析器，其用于Compact紧凑型模型，利用字典法将每个参数建立二元式结构读取到模型卡参数；
简单词法分析器通过程序编程中的字典法，将每个参数建立二元式结构{参数名，参数值}，通过该方式在仿真器运算过程中方便读取到模型卡参数。其中Corner参数在 模型卡内读取，可以仿真各个Corner SPICE模型，可以解决绝大部分Compact Model 文本读取解析工作。主要功能至少包括：
a)滤空格；
b)识别标识符：{参数名，参数值}；
c)识别数字(1|2|3|4|5|6|7|8|9|0)；
d)识别典型的运算符和分隔符，列如+,-,*,/,()等；
e)具有的错误处理能力，能检查出程序语言无效字符等工作。
针对Compact紧凑型模型的简单词法分析器工作流程如图1所示。
高效词法分析器，其用于复杂型Sub-Circuit子电路模型，其通过识别模型文件中特定字符进行函数判断，可以自动解析获得运算法和判断运算。
高效词法分析器是针对目前SPICE模型中为了满足拟合精度用到的越来越多的数学 函数而开发的函数解析器，通过将转换为ASCII码后的字符识别来进行函数判断，可以自动解析出诸如MIN(最小值)，MAX(最大值)，INT(取整)函数，PWR，LOG，SQR等 运算法以及一个判断运算。例如以PWR幂函数转换为例子。
+inv_sa1ref＝'1e-21/pwr(((sa1_ref+0.1*l)*scale_m),3)'
取上式子右边1e-21/pwr(((sa1_ref+0.1*l)*scale_m),3)搜索到pwr关键字，并记 录该关键字所在位置需找最近“(”，我们已知任何一个表达式的的“(”和“)”数量相 等情况下，即是这个表达式完整的，通过此方法提取到 pwr(((sa1_ref+0.1*l)*scale_m),3)将“，”转换为“^”,最终得到表达式为1e-21/ (((sa1_ref+0.1*l)*scale_m)^3)，该表达在未知量带入之后使计算机能够正常读取并 且计算。不过有些表达式存在pwr函数嵌套pwr函数现象出现，那么我们需要通过该方 法进行不断迭代，直到函数中不再存在pwr函数。
在表达式中经常会遇到VB编程中不含的基本函数，例如MIN，MAX，解决流程如图 2所示，针对复杂型Sub-Circuit子电路模型的高效词法分析器工作流程。
+SEL_SA＝MAX(MIN(SA,SA_MAX),SA_MIN)
取上式子右边MAX(MIN(SA,SA_MAX),SA_MIN)，首先将SA，SA_MAX以及SA_MIN带入得到MAX(MIN(4.0E-7,1.0E-5),1.0E-7)，然后搜索到MAX函数需要区分MIN(4.0E-7, 1.0E-5)和1.0E-7谁大，那要再解析MIN(4.0E-7,1.0E-5)得到4.0E-7，此时整理式子 得到MAX(4.0E-7,1.0E-7),通过MAX函数得到最终+SEL_SA＝4.0E-7，这是一个相对较简 单函数解析过程，通过该种方法可以类推其他函数的解析，更好完善模型卡词法分析器 通用性。
实测数据导入模块，其用于导入器件实测数据；器件实测数据至少包括MOSFET电压-电流扫描数据。以及，将器件类型、尺寸、缩微比例、温度等基本信息直观的导入； 载入模型的路径、名称、类型及批处理文件信息等。
仿真条件输入模块，其用于输入器件物理特性和器件仿真条件；
通过载入批量OP(Operation Point，工作点仿真)文件输入文件，实现同一类型的器件在同一电压下、不同尺寸、温度下的仿真值。以及，载入模型的路径、名称、类型 及批处理文件信息等。
仿真优化模块，其用于根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果；仿真优化模块执行仿真优化至少包括：
1)消除连线导致寄生电阻的器件内部电压迭代；
对一个SPICE模型仿真软件来说，仿真精度和速度是两个重要因素，就晶体管仿真精度而言，施加到晶体管器件内部的实际电压越精确则仿真值就越准确。因为通过复杂 半导体制造过程生产出来的晶体管器件结构是由多种不同物质构成的，外部施加的电压 通过晶体管四个端口给到器件内部前由于连线和硅氧化物接触电阻(Rsc)、源/漏端扩散 电阻(Rs,diff)等寄生因素的影响会分掉一部分电压(如图4)，如果还是以原先的电压值 作为输入条件就会导致误差。目前商业化软件都普遍采用的基于基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s Current Law,简称KCL)的结点分析法，通过求解各个结点电压构成的 矩阵方程和结点分析的迭代来实现复杂的电路分析。其优点是仿真精度高，能应付极其 复杂的电路结构DC分析、AC分析、瞬态分析；但缺点是仿真时间长，算法复杂，需要 大量的控制语句来处理程序中出现的意外情况。
而本专利主要是用来实现晶体管器件级的仿真，为达到相同精度更快速度的目的引 入了端点寄生电阻电压迭代法。如图4所示，即先计算出外部施加电压(作为初始电压)下源漏端电流；再将由于连线和硅氧化物接触电阻(Rsc)、源/漏端扩散电阻(Rs,diff) 导致的微小电压通过欧姆定律计算出来；接着用初始电压减去寄生电压作为新的初始电 压重新代入计算新的电流；再利用得到电流去计算新的寄生电压并同样得到新的施加电 压作为初始电压。当最后通过不断循环迭代计算出来新的初始电压与上一次施加的初始 电压的偏差小于一定误差范围，一般设定为1uV(1E-6V)时循环结束，记录下此时的源 漏电流即为消除了连线等寄生电阻后的精确电流值
这种方法算法简单，计算精度与商业软件几乎一致，而且仿真速度极快，是本SPICE 模型仿真系统中的一个核心优化算法。
2)阈值电压查找迭代；
阈值电压是指在晶体管器件漏端设定一个低电压(一般为0.1V或0.05V)，然后在栅 端从低到高加上一个扫描电压，同时测量源漏端电流，当源漏端电流达到一个设定目标数值后记录下这时的栅端电压即为晶体管的阈值电压(也称开启电压)。
在目前商业EDA仿真软件中要仿真得到晶体管器件的精确的阈值电压往往需要从低到高按照一定的电压步长进行电压扫描。扫描电压步长越小，得到的阈值电压就越准，但耗时就越长。本专利中采用了一种基于二分扫描电压的迭代方法，即一开始设定 一组最低电压、最高电压和平均电压(一般采用器件的工作电压)，根据平均电压下的仿 真电流与目标值比较，小于目标值电流则取平均电压作为新的最低电压；大于目标电流 则取平均电压作为新的最高电压，通过不断的循环迭代计算当平均电压下仿真电流与目 标电流误差小于一个设定值(例如1mV)或循环次数大于一定次数(例如32次)就结束迭 代，此时的电压就是阈值电压。此做法相当与将一张纸不断对折，在有限的迭代次数(一 般不超过10)后就能得到我们要的结果。与商业EDA仿真软件几十次乃至上百次的迭代 相比，速度优势是显而易见的，也是作为本专利中的一个必不可少的核心优化算法。
3)统计失配模型，生成失配模型仿真随机数。
本发明中用于统计失配模型仿真时采用了遵循正态分布来生成随机数，具体方式是 先利用随机数函数Rnd()产生0-1之间的随机数变量x1和x2，再利用公式
可以产生一组符合正态分布的随机数，因为失配仿真 一般是用来表征两个相同器件由于制造工艺中的局部变异导致的性能差异，在仿真前先 按照此方法提前生成随机数并存储到内存中，仿真时根据仿真次数两个器件直接从内存 中一个隔一个调用这些随机数即可实现快速失配模型仿真。
第三实施例；
如图3所示，本发明提供一种SPICE模型仿真方法，包括以下步骤：
S1，导入模型文件；
S2,判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解析模型文件类型获 得模型参数；
通过模型卡仿真器词法分析如果为模型库文件选择工艺角模型包括标准、最优、最 差等多个工艺角模型，并选择器件名称，例如NMOS或PMOS
过模型卡仿真器词法分析如果是单一模型文件，则直接选择器件名称；
模型卡仿真器词法分析器包括简单词法分析器和高效词法分析器；
简单词法分析器，其用于Compact紧凑型模型，利用字典法将每个参数建立二元式结构读取到模型卡参数
高效词法分析器，其用于复杂型Sub-Circuit子电路模型，其通过识别模型文件中特定字符进行函数判断，可以自动解析获得运算法和判断运算。
S3，导入器件实测数据；
S4，输入器件物理特性和器件仿真条件；
输入器件物理特性：MOS的栅长、栅宽、缩微比例、版图应尺寸等；器件物理特性 的输入方式包括直接界面输入、文本文件批量载入、数据文件方式载入。
输入仿真条件：温度、电压(栅、源、漏、衬底等)、阈值电流、直流条件用于仿 电流，交流条件用于仿真电容，直流加频率用于仿真噪声等。
S5，根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果，仿真优化至少包括：
1)消除连线导致寄生电阻的器件内部电压迭代，包括以下步骤；
1.1)计算出外部施加电压下源漏端电流；
1.2)通过欧姆定律计算将由于连线和硅氧化物接触电阻(Rsc)以及源/漏端扩散电 阻(Rs,diff)导致的电压；
1.3)用初始电压减去寄生电压作为新的初始电压重新代入计算新的电流；
1.4)重复上述步骤1.1)～1.3)直至初始电压与上一次施加的初始电压的偏差小于 第一阈值；
2)阈值电压查找迭代，执行仿真优化2)采用以下步骤；
2.1)设定最低电压、最高电压和平均电压，计算获得平均电压下的仿真电流值；
2.2)基于二分扫描电压循环迭代计算获得所述仿真电流值，将所述仿真电流与与目标电流值比较，直至所述仿真电流与目标电流误差小于第二阈值或循环次迭代计算所述仿真电流次数大于第三阈值，则结束迭代此时的平均电压作为阈值电压。
3)统计失配模型，生成失配模型仿真随机数，执行仿真优化3)采用以下步骤；
3.1)利用随机数函数Rnd()产生0-1之间的随机数变量x1和x2；
3.2)利用公式(1)产生一组符合正态分布的随机数；
3.3)根据仿真次数两个器件间隔调用所述随机数实现失配模型仿真。
根据器件物理特性输入方式决定输出仿真结果方式；
若物理特性输入方式为GUI界面输入，则输出仿真结果方式为GUI界面输出；
若物理特性输入方式为文本文件批量载入，则输出仿真结果方式为输出文本；
若物理特性输入方式为数据文件方式载入，则输出仿真结果方式为数据及仿真图像 显示；
相应的仿真结果如不满足设计要求，则可以微调模型参数，后重新执行仿真优化。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里 明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关 领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。 在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明 的保护范围。
Claims (16)
1.一种SPICE模型仿真系统，其特征在于，包括：
模型导入模块，其用于导入模型文件；
模型解析模块，其用于判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解析模型文件类型获得模型参数；
实测数据导入模块，其用于导入器件实测数据；
仿真条件输入模块，其用于输入器件物理特性和器件仿真条件；
仿真优化模块，其用于根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果。
2.如权利要求1所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于：导入模型文件包括模型库文件和/或单一模型参数文件。
3.如权利要求1所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于，模型卡仿真器词法分析器包括简单词法分析器和高效词法分析器；
简单词法分析器，其用于Compact紧凑型模型，利用字典法将每个参数建立二元式结构读取到模型卡参数
高效词法分析器，其用于复杂型Sub-Circuit子电路模型，其通过识别模型文件中特定字符进行函数判断，可以自动解析获得运算法和判断运算。
4.如权利要求1所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于，器件实测数据至少包括MOSFET电压-电流扫描数据.
5.如权利要求1所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于,仿真优化模块执行仿真优化至少包括：
1)消除连线导致寄生电阻的器件内部电压迭代；
2)阈值电压查找迭代；
3)统计失配模型，生成失配模型仿真随机数。
6.如权利要求5所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于，仿真优化模块执行仿真优化1)包括以下步骤；
1.1)计算出外部施加电压下源漏端电流；
1.2)通过欧姆定律计算将由于连线和硅氧化物接触电阻以及源/漏端扩散电阻导致的电压；
1.3)用初始电压减去寄生电压作为新的初始电压重新代入计算新的电流；
1.4)重复上述步骤1.1)～1.3)直至初始电压与上一次施加的初始电压的偏差小于第一阈值。
7.如权利要求5所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于，仿真优化模块执行仿真优化2)采用以下步骤；
2.1)设定最低电压、最高电压和平均电压，计算获得平均电压下的仿真电流值；
2.2)基于二分扫描电压循环迭代计算获得所述仿真电流值，将所述仿真电流与与目标电流值比较，直至所述仿真电流与目标电流误差小于第二阈值或循环次迭代计算所述仿真电流次数大于第三阈值，则结束迭代此时的平均电压作为阈值电压。
8.如权利要求5所述的SPICE模型仿真系统，其特征在于，仿真优化模块执行仿真优化3)采用以下步骤；
3.1)利用随机数函数Rnd()产生0-1之间的随机数变量x1和x2；
3.2)利用公式(1)产生一组符合正态分布的随机数；
3.3)根据仿真次数两个器件间隔调用所述随机数实现失配模型仿真。
9.一种SPICE模型仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，导入模型文件；
S2,判断导入模型文件类型，并通过模型卡仿真器词法分析器解析模型文件类型获得模型参数；
S3，导入器件实测数据；
S4，输入器件物理特性和器件仿真条件；
S5，根据对模型文件、模型参数、器件实测数据、器件物理特性和器件仿真条件执行仿真优化后输出仿真结果。
10.如权利要求9所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于：导入模型文件包括模型库文件和/或单一模型参数文件。
11.如权利要求9所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于，模型卡仿真器词法分析器包括简单词法分析器和高效词法分析器；
简单词法分析器，其用于Compact紧凑型模型，利用字典法将每个参数建立二元式结构读取到模型卡参数
高效词法分析器，其用于复杂型Sub-Circuit子电路模型，其通过识别模型文件中特定字符进行函数判断，可以自动解析获得运算法和判断运算。
12.如权利要求9所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于，器件实测数据至少包括MOSFET电压-电流扫描数据.
13.如权利要求9所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于：实施步骤S5时，仿真优化至少包括：
1)消除连线导致寄生电阻的器件内部电压迭代；
2)阈值电压查找迭代；
3)统计失配模型，生成失配模型仿真随机数。
14.如权利要求13所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于，执行仿真优化1)包括以下步骤；
1.1)计算出外部施加电压下源漏端电流；
1.2)通过欧姆定律计算将由于连线和硅氧化物接触电阻以及源/漏端扩散电阻导致的电压；
1.3)用初始电压减去寄生电压作为新的初始电压重新代入计算新的电流；
1.4)重复上述步骤1.1)～1.3)直至初始电压与上一次施加的初始电压的偏差小于第一阈值。
15.如权利要求13所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于，执行仿真优化2)包括以下步骤；
2.1)设定最低电压、最高电压和平均电压，计算获得平均电压下的仿真电流值；
2.2)基于二分扫描电压循环迭代计算获得所述仿真电流值，将所述仿真电流与与目标电流值比较，直至所述仿真电流与目标电流误差小于第二阈值或循环次迭代计算所述仿真电流次数大于第三阈值，则结束迭代此时的平均电压作为阈值电压。
16.如权利要求13所述的SPICE模型仿真方法，其特征在于，执行仿真优化3)包括以下步骤；
3.1)利用随机数函数Rnd()产生0-1之间的随机数变量x1和x2；
3.2)利用公式(1)产生一组符合正态分布的随机数；
3.3)根据仿真次数两个器件间隔调用所述随机数实现失配模型仿真。
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