采樣管等效電路及仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是指一種采樣管等效電路，本發(fā)明還涉及采樣管等效電路的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采樣管是模擬電路設(shè)計(jì)中會(huì)用到的一種電路方案，它的原理是利用兩種不同尺寸器件的電流比值，通過改變其中一個(gè)器件的源極電壓偏置來獲得不同的電流比值(采樣比)，采用管的器件尺寸一般都比較大，因此在電路應(yīng)用中采樣比是相對(duì)穩(wěn)定的。理論上對(duì)采樣管的模型描述，只需要通過BSIM模型分別單獨(dú)對(duì)兩個(gè)器件進(jìn)行模型描述即可，但這是以采樣管中兩個(gè)器件完全相互獨(dú)立的假設(shè)為前提的。在實(shí)際有些采樣管結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)器件的反型溝道會(huì)共用同一個(gè)阱，如果其中一個(gè)器件的源極有電壓偏置，這種情況下采樣管的兩顆器件之間就不再互相完全獨(dú)立了，阱中的溝道電荷會(huì)互相影響，實(shí)際測(cè)量得到的電流電壓曲線和采樣比已經(jīng)不適合用一個(gè)BSM模型來描述，而需要通過對(duì)模型的進(jìn)一步優(yōu)化來達(dá)到提高采樣比精度的目的。
[0003]如圖1是現(xiàn)有的采樣管等效電路，電路中分左右兩顆高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這兩顆器件的工藝結(jié)構(gòu)完全相同，溝道長(zhǎng)度也完全相同，唯一的區(qū)別是左側(cè)高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管LDMOS的溝道寬度是右邊器件的幾百倍。兩顆器件的漏極DRAIN共接，柵極GATE也共接引出。左側(cè)大尺寸器件的源極SI和體端引出接地，右側(cè)小尺寸器件的源極會(huì)加可控電壓負(fù)載，通過調(diào)節(jié)源極S2的電壓來改變流過小尺寸器件的電流，從而改變左右兩顆器件的電流t匕，達(dá)到改變采樣比的目的。電路中左右兩顆器件分別采用業(yè)界普遍采用的BS頂模型來描述。之前的模型是基于兩個(gè)管子互相完全獨(dú)立的基礎(chǔ)上建立的，當(dāng)采樣管采用比較特殊的版圖結(jié)構(gòu)時(shí)，如圖2所示，小尺寸的采樣管包含在大尺寸的采樣管中，大尺寸和小尺寸器件的P阱為共用，沒有隔開，假設(shè)大尺寸管的源極接地，小尺寸管的源極存在一個(gè)較小的固定電壓偏置，如果此時(shí)的漏極電壓也抬升略高于源極電壓，小尺寸器件未必能導(dǎo)通，原因是共用的P阱使得器件中有部分電荷流向上下相鄰的大尺寸器件溝道內(nèi)，因此漏極電壓所需加的導(dǎo)通電壓會(huì)比源極電壓大的多。如圖3及圖4的測(cè)試數(shù)據(jù)所示，圖3是小尺寸采樣管測(cè)試得到的源極電流同漏極電壓的關(guān)系圖。掃描漏極電壓，測(cè)試得到源極電流，源極電壓此時(shí)為0V，圖4是小尺寸采樣管測(cè)試得到的源極電流同漏極電壓的關(guān)系圖。掃描漏極電壓，測(cè)試得到源極電流，源極電壓此時(shí)為IV，柵極電壓分別加I?6V電壓點(diǎn)。圖3及圖4中點(diǎn)線為實(shí)際測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，實(shí)線為BSIM模型直接仿真得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)源極有IV偏置的時(shí)候，漏極電壓要升至4V左右才開始導(dǎo)通，而BSM模型描述的仿真曲線從IV開始就已經(jīng)開始導(dǎo)通，沒有任何模型參數(shù)可以使得仿真曲線向右平移到4V。因此該仿真模型中的子電路結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采樣管的等效電路，本發(fā)明還要解決的另一技術(shù)問題是提供所述采樣管等效電路的仿真方法，使得采樣管能有更高精度的采樣比。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明所述的采樣管的等效電路，包含第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，一電壓控制電壓源，所述第一、第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極并聯(lián)引出形成采樣管等效電路的棚極；
[0006]所述電壓控制電壓源的正極接第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，其負(fù)極與第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極連接并引出，形成采樣管等效電路的漏極；
[0007]所述第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體端并聯(lián)后連接第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極；
[0008]所述第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引出為第一源極，所述第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引出為第二源極。
[0009]進(jìn)一步地，所述的第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管均采自標(biāo)準(zhǔn)BSM模型，第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道寬度是第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的300?800倍。
[0010]進(jìn)一步地，所述的電壓控制電壓源，受第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電壓和柵極電壓的控制，其輸出對(duì)第二高壓場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0011]本發(fā)明所述的采樣管等效電路的仿真方法，包含如下步驟:
[0012]第一步，構(gòu)建采樣管等效電路；
[0013]第二步，根據(jù)構(gòu)建的采樣管等效電路進(jìn)行仿真。
[0014]進(jìn)一步地，所述第一步中，采樣管等效電路包含第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，一電壓控制電壓源，所述第一、第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極并聯(lián)引出形成采樣管等效電路的柵極；
[0015]所述電壓控制電壓源的正極接第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，其負(fù)極與第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極連接并引出，形成采樣管等效電路的漏極；
[0016]所述第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體端并聯(lián)后連接第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極；
[0017]所述第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引出為第一源極，所述第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極引出為第二源極。
[0018]進(jìn)一步地，所述的第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管均采自標(biāo)準(zhǔn)BSM模型，第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道寬度是第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的300?800倍。
[0019]進(jìn)一步地，所述的電壓控制電壓源，受第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電壓和柵極電壓的控制，其輸出對(duì)第二高壓場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
[0020]進(jìn)一步地，仿真時(shí)，電壓控制電壓源的補(bǔ)償輸出電壓V=k*Vs ；
[0021]Vs為第二源極的電壓，k為系數(shù)；
[0022]利用SPICE語言和上述公式，給電壓控制電壓源作如下定義:
[0023]exl< 漏極端口 IX 漏極端口 2>poly (I) < 第二源極端口 >00ppl
[0024]PPl為基于BSM以外的額外擬合參數(shù)，等同于前面的系數(shù)k，poly (I)為仿真器語言，表示I階線性表達(dá)式，PPI為線性系數(shù)；
[0025]第二源極和接地之間的電壓差受漏極和柵極電壓呈線性關(guān)系表達(dá)式，并且添加線性系數(shù)PPi作為新的額外模型參數(shù)，PPi參數(shù)提取步驟為:
[0026]a)首先測(cè)試得到第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的Is-Vd曲線數(shù)據(jù)，然后利用BSIM模型提取第二源極電壓為OV條件下的電流電壓曲線參數(shù)；
[0027]b)在第二源極電壓為IV以及其他電壓下測(cè)試得到的Is-Vd曲線數(shù)據(jù)；
[0028]c)利用構(gòu)建的等效電路，第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管都用標(biāo)準(zhǔn)BSIM模型描述，在仿真器中調(diào)整PPl參數(shù)，使得仿真數(shù)據(jù)同實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合，得到最佳仿真曲線時(shí)的PPl參數(shù)即可提取得到。
[0029]本發(fā)明所述的采樣管等效電路及仿真方法，在現(xiàn)有的BSIM描述的采樣管電路結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，考慮到電荷分流，采用了人工補(bǔ)償?shù)姆椒?，在器件的漏極，串聯(lián)加入了一個(gè)電壓控制電壓源，由于電壓源在仿真器中內(nèi)阻為0，不會(huì)給器件增加額外負(fù)載，采樣比的精度得到顯著的改善。
【附圖說明】
[0030]圖1是現(xiàn)有采樣管等效電路圖。
[0031]圖2是采樣管版圖結(jié)構(gòu)。
[0032]圖3?4是小尺寸采樣管測(cè)試得到的源極電流與漏極電壓的關(guān)系圖。
[0033]圖5是本發(fā)明采樣管等效電路圖。
[0034]圖6是本發(fā)明小尺寸采樣管測(cè)試得到的源極電流與漏極電壓的關(guān)系圖。
[0035]圖7是現(xiàn)有采樣管采樣比仿真效果圖。
[0036]圖8是本發(fā)明采樣管采樣比仿真效果圖。
[0037]圖9是本發(fā)明采樣管仿真流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明所述的采樣管的等效電路，如圖5所示，包含第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管，一電壓控制電壓源，所述第一、第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極并聯(lián)引出形成采樣管等效電路的柵極；
[0039]所述電壓控制電壓源的正極接第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管(圖中右側(cè)的采樣管，為小尺寸采樣管)的漏極，其負(fù)極與第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管(圖中左側(cè)的LDM0S，為大尺寸采樣管)的漏極連接并引出，形成采樣管等效電路的漏極；
[0040]所述第一及第二高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的體端并聯(lián)后連接第一高壓場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極；
[0041]