CN1932823A - 金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统及方法 - Google Patents

金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统及方法 Download PDF

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Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统，该系统包括：一计算机主机、至少一显示装置及输入装置。显示装置提供一用户使用界面，用户通过输入装置输入的数据可通过显示屏幕显示。计算机主机包括多个软件功能模块，这些模块可以通过接收厂商提供的数据，自动进行元件参数的萃取，同时可以根据需要计算出温度系数。本发明还揭露一种金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法。通过本发明，可自动进行MOSFET元件参数的萃取，同时也可以计算出温度系数以提高模拟的准确度。

Description

金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统及方法
【技术领域】
本发明涉及一种参数萃取系统及方法，尤其是金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统及方法。
【背景技术】
利用模拟软件进行电子电路分析时，电路中元件模型的准确性对于模拟结果具有极大的影响力。设计者会通过模拟软件的结果对电路做相应的评估与改善，若电路中的元件模型准确性不足，便会影响设计者的整体判断，导致设计的电路有瑕疵，甚至无法正常运作。因此，元件模型的建立扮演了极重要的角色。
目前，在进行金属氧化物半导体场效应管的电路分析时，为提高模拟的准确性，通常先建立其元件的Pspice(Personal SimulationProgram with Integrated Circuit Emphasis)模型再将它运用至电路中进行模拟分析，Pspice模型通常是通过利用描点或直接输入元件参数的方式建立。但是，在这些做法中，并没考虑元件的温度效应，只能建立大概雏形的元件模型，因此无法保证元件模型的准确性。
【发明内容】
鉴于以上内容，有必要提供一种金属氧化物半导体场效应管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Type Field Effect Transistor)的参数萃取系统，其可自动将元件的参数萃取出来，同时也可以计算出元件参数的温度系数。
鉴于以上内容，还有必要提供一种金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，其可自动将元件的参数萃取出来，同时也可以计算出元件参数的温度系数。
本发明较佳实施例提供一种金属氧化物半导体场效应管的参数系统，该系统包括：一计算机主机，其中包括多个软件功能模块，可以通过接收厂商提供的数据，自动进行金属氧化物半导体场效应管元件参数的萃取；一显示屏幕，提供用户使用界面，可以将用户的输入输出数据通过显示屏幕显示出来。该计算机主机包括：一操作选择模块、一数据接收模块、一判断模块、一参数萃取模块。操作选择模块用于供用户在主视窗中选择执行何种操作，如执行直流与交流参数的萃取、执行温度系数的萃取及察看电路网络表的电路模型等。数据接收模块用于接收用户输入的厂商提供的数据资料。判断模块用于判断接收到的用户输入的数据是否为有效值。参数萃取模块用于根据以上输入的数据萃取相应的元件参数。
作为本发明较佳实施例的进一步改进，该系统还包括：一电路网络表生成模块及一存储模块。电路网络表生成模块用于根据以上萃取出的元件参数产生电路网络表。存储模块用于存储上述的电路网络表以供Pspice模拟软件使用。
本发明较佳实施例还提供一种金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，该方法包括下列步骤：(A)萃取元件的直流及交流参数；(B)萃取直流及交流参数的温度系数；(C)接收输入的环境温度值。
作为本发明较佳实施例的进一步改进，该方法还包括：(D)产生电路网络表；(E)存储网络表。
相较于现有技术，所述的金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统及方法利用厂商所提供的数据资料，实现了元件参数的自动萃取，减少了运算时间，避免了人工运算产生的错误，此外，还可以根据需要萃取出直流及交流参数的温度系数，从而提高了元件模型的准确性。
【附图说明】
图1是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统较佳实施例中计算机主机的功能模块图。
图3是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法较佳实施例的流程图。
图4是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法较佳实施例中萃取直流与交流参数的具体流程图。
图5是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法较佳实施例中萃取直流与交流参数的温度系数的具体流程图。
【具体实施方式】
针对本发明涉及的专有术语作如下解释：
Vgs：栅极-源极电压(Gate-Source Voltage)
Id：漏极电流(Drain Current)
Kp：转导参数(Transconduct Parameter)
Vt：临界电压(Threshold Voltage)
Rs：源极电阻(Drain Ohmic Resistance)
Vd：顺向偏压(Forward Voltage)
Is：饱和电流(Saturation Current)
Tj：接面温度(Junction Temperature)
Rdson：漏极-源极导通电阻(Drain-Source on-State Resistance)
Rd：漏极电阻(Drain Ohmic Resistance)
Qgs：栅极-源极电荷(Gate-Source Charge)
Crss：反转移电容(Reverse Transfer Capacitance)
Vds：漏极-源极电压(Drain-Source Voltage)
Cgs：栅极-源极电容(Gate-Source Capacitance)
Cjo：零偏压时的反转移电容(Crss at Vds＝0V)
M：梯度系数(Grading Coefficient)
BVDSS：崩溃电压(Breakdown Voltage)
Coss：输出电容(Output Capacitance)
Dbody：寄生二极管(Body Diode)
Dbreak：崩溃二极管(Breakdown Diode)
Dgd：栅极-漏极二极管(Gate-Drain Diode)
Breakdown：崩溃
参阅图1所示，是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统较佳实施例的硬件架构图。该系统包括：一计算机主机1、一显示屏幕2、一键盘5及一鼠标6。其中，显示屏幕2、键盘5及鼠标6分别与计算机主机1相连。显示屏幕2可为任意显示装置，其提供一用户使用界面，用户通过键盘5或鼠标6输入的数据可通过显示屏幕2显示。
参阅图2所示，是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统较佳实施例中计算机主机的功能模块图。该计算机主机1包括多个功能模块：一操作选择模块11、一数据接收模块12、一判断模块13、一参数萃取模块14、一电路网络表生成模块15及一存储模块16。操作选择模块11用于供用户选择可进行的操作，如执行直流与交流参数的萃取、执行温度系数的萃取及察看电路网络表的电路模型等。数据接收模块12用于接收用户输入的厂商提供的数据。判断模块13用于判断接收的数据是否为有效值，即当用户输入非数字的数据，如英文字母时，或每组参数中，每个参数对应的个数不符合，如(Vgs，Id)这组参数，如果Vgs数值的个数是6个，而Id数值的个数是7个，则会判断此参数的输入无效。参数萃取模块14用于根据以上输入的数据，萃取出相应的元件参数，即利用一些已存在的电流、电压、电容等公式，加上厂商提供的资料将参数计算出来。电路网络表生成模块15用于根据以上萃取出来的参数生成电路网络表。存储模块16用于存储上述的电路网络表以供Pspice模拟软件使用。
参阅图3所示，是本发明金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法较佳实施例的流程图。该方法主要包括步骤：操作选择模块11选择执行萃取直流与交流参数(步骤S100)；参数萃取模块14将直流与交流参数萃取完毕后，判断是否考虑温度效应(步骤S110；)；若考虑温度效应，则操作选择模块11选择执行萃取直流与交流参数的温度系数(步骤S120)；当参数萃取模块14萃取出所有参数之后，数据接收模块12接收输入的环境温度(步骤S130)；电路网络表生成模块15生成电路网络表(步骤S140)；存储模块16存储上述的电路网络表以供Pspice模拟软件使用(步骤S150)，最后结束流程。
在步骤S110中，若不考虑温度效应，则流程转至步骤S130。
如图4所示，是萃取元件的直流及交流参数的具体流程图。首先，操作选择模块11选择执行直流与交流参数的萃取(步骤S1000)；数据接收模块12接收输入的关于(Vgs，Id)数组的数据资料(步骤S1001)；判断模块13判断接收的Vgs与Id是否为有效值(步骤S1002)；若有效，则参数萃取模块14萃取出Kp、Vt及Rs值(步骤S1003)；数据接收模块12接收输入的Kp、Vt、Vgs、Id、Rs及Rdson的数据资料(步骤S1004)；判断模块13判断接收的是否为有效值(步骤S1005)；若有效，则参数萃取模块14萃取出漏极电阻Rd的值(步骤S1006)；数据接收模块12接收输入的Vd、Id及BVDSS的数据资料(步骤S1007)；判断模块13判断接收的是否为有效值(步骤S1008)；若是，则参数萃取模块14萃取出崩溃二极管的寄生电阻Rs的值(步骤S1009)；数据接收模块12接收输入的Vd、Id、Coss、Crss及Vds的数据资料(步骤S1010)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1011)；若有效，参数萃取模块14萃取出Dbody的Is、Rs、Cjo及M的值(步骤S1012)；数据接收模块12接收输入的Crss及Vds的数据资料(步骤S1013)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1014)；若有效，参数萃取模块14萃取出Dgd的Cjo及M的值(步骤S1015)；数据接收模块12接收输入的Qgs及Vgs的数据资料(步骤S1016)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1017)；若有效，参数萃取模块14萃取出Cgs的值(步骤S1018)，结束流程。
上述萃取元件的直流及交流参数的流程图中，在判断接收的值是否为有效值的各步骤中，若判断模块13判断接收的值无效，则需重新输入该参数。
如图5所示，是萃取元件直流及交流参数的温度系数的具体实施流程图。首先，操作选择模块11选择主视窗的萃取温度系数(步骤S1200)；数据接收模块12接收输入的Vt、Tj以及在不同Tj时Vt的数据资料(步骤S1201)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1202)；若有效，参数萃取模块14萃取出Vt的一阶及二阶温度系数(步骤S1203)；数据接收模块12接收输入的Id、Kp、Vgs、Vt、Vt的温度系数、Rs及Tj的数据资料(步骤S1204)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1205)；若有效，参数萃取模块14萃取出Rs的一阶及二阶温度系数(步骤S1206)；数据接收模块12接收输入的Rd、在不同Tj时的Rdson、Tj、Kp、Id、Vgs、Vt、Vt温度系数、Rs及Rs温度系数的数据资料(步骤S1207)；判断模型13判断接收的值是否有效(步骤S1208)；若有效，参数萃取模块14萃取出Rd的一阶及二阶温度系数(步骤S1209)；数据接收模块12接收输入的BVDSS、Tj及在不同Tj时BVDSS的数据资料(步骤S1210)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1211)；若有效，则参数萃取模块14萃取出BVDSS的一阶及二阶温度系数(步骤S1212)；数据接收模块12接收输入的Vd、Tj及在不同Tj时Vd的数据资料(步骤S1213)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1214)；若有效，参数萃取模块14萃取出Vd的一阶及二阶的温度系数(步骤S1215)；数据接收模块12接收输入的Id、Vd、BVDSS、BVDSS的温度系数、Tj及崩溃二极管的寄生电阻Rs的数据资料(步骤S1216)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1217)；若有效，参数萃取模块14萃取出崩溃二极管寄生电阻Rs的一阶及二阶温度系数(步骤S1218)；数据接收模块12接收输入的Id、Is、Vd、Vd的温度系数、Tj及Dbody的寄生电阻Rs的数据资料(步骤S1219)；判断模块13判断接收的值是否有效(步骤S1220)；若有效，则参数萃取模块14萃取出Dbody寄生电阻Rs的一阶及二阶温度系数(步骤S1221)，结束流程。
上述萃取直流及交流参数的温度系数的具体流程图中，当判断模块13判断接收的值无效时，则需重新输入该参数。

Claims (7)

1.一种金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统，其可自动萃取金属氧化物半导体场效应管的元件参数，并根据需要计算出元件的温度系数，该系统包括一计算机主机、至少一显示装置及输入装置，其特征在于，该计算机主机包括：
一操作选择模块，用于选择所要进行的操作；
一数据接收模块，用于接收用户输入的数值；
一判断模块，用于判断接收到的用户输入的数据是否有效；
一参数萃取模块，用于根据以上接收的数据进行元件参数的萃取。
2.如权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应管的参数萃取系统，其特征在于，该计算机主机还包括：
一电路网络表生成模块，用于根据以上萃取的元件参数生成相应的电路网络表；
一存储模块，用于存储生成的电路网络表。
3.一种金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
萃取元件的直流及交流参数；
选择是否考虑温度效应；
若考虑温度效应，则萃取直流及交流参数的温度系数；
接收输入的环境温度。
4.如权利要求3所述的金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
产生电路网络表；
存储该网络表。
5.如权利要求3所述的金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，其特征在于，该方法还包括步骤：
若不需要考虑温度效应，则直接输入环境温度。
6.如权利要求3所述的金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，其特征在于，所述的萃取元件的直流及交流参数的步骤包括：
选择执行萃取直流与交流参数；
接收用户输入的栅极-源极电压值和漏极电流值；
萃取出转导参数、临界电压及源极电阻值；
接收输入的转导参数、临界电压、栅极-源极电压、漏极电流、源极电阻及漏极-源极导通电阻的数据资料；
萃取出漏极电阻值；
接收输入的顺向偏压、漏极电流及崩溃电压的数据资料；
萃取出崩溃二极管的寄生电阻值；
接收输入的顺向偏压、漏极电流、输出电容、反转移电容及漏极-源极电压的数据资料；
萃取出寄生二极管的饱和电流、源极电阻、零偏压时的反转移电容及梯度系数的值；
接收输入的反转移电容及漏极-源极电压的数据资料；
萃取出栅极-漏极二极管的零偏压时的反转移电容及梯度系数的值；
接收输入的栅极-源极电荷及栅极-源极电压的数据资料；
萃取出栅极-源极电容值。
7.如权利要求3所述的金属氧化物半导体场效应管的参数萃取方法，其特征在于，所述的萃取直流及交流参数的温度系数的步骤包括：
选择执行萃取温度系数；
接收输入的临界电压、接面温度以及在不同接面温度时的临界电压的数据资料；
萃取出临界电压的一阶及二阶温度系数；
接收输入的漏极电流、转导参数、栅极-源极电压、临界电压、临界电压的温度系数、源极电阻及接面温度的数据资料；
萃取出源极电阻的一阶及二阶温度系数；
接收输入的漏极电阻、在不同的接面温度的漏极-源极导通电阻、接面温度、转导参数、漏极电流、栅极-源极电压、临界电压、临界电压温度系数、源极电阻及源极电阻温度系数的数据资料；
萃取出漏极电阻的一阶及二阶温度系数；
接收输入的崩溃电压、接面温度及在不同接面温度时崩溃电压的数据资料；
萃取出崩溃电压的一阶及二阶温度系数；
接收输入的顺向偏压、接面温度及在不同接面温度时顺向偏压的数据资料；
萃取出顺向偏压的一阶及二阶的温度系数；
接收输入的漏极电流、顺向偏压、崩溃电压、崩溃电压的温度系数、接面温度及崩溃二极管的寄生电阻的数据资料；
萃取出崩溃二极管寄生电阻的一阶及二阶温度系数；
接收输入的漏极电流、饱和电流、顺向偏压、顺向偏压的温度系数、接面温度及寄生二极管寄生电阻的数据资料；
萃取出寄生二极管寄生电阻的一阶及二阶温度系数。
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