SPICE半导体器件建模综合指南

SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）电子仿真程序提供电路元件和半导体模型。SPICE元件名称首字母d、q、j、m分别对应二极管、BJT、JFET和MOSFET。这些元件配有相应"模型"，模型包含描述器件的大量参数列表。本节仅提供入门级简单SPICE模型列表，详细参数请参考Kuphaldt[TRK]，该文献也包含SPICE使用说明。

模型：

二极管

二极管：二极管语句以"d"开头的元件名开始（如d1、dtest、da等）。两个节点号分别指定阳极和阴极与其他元件的连接。节点号后跟模型名，引用".model"语句。

模型语句以".model"开头，后跟模型名（匹配一个或多个二极管语句），然后是"d"表示建模二极管。其余为可选参数列表，形式ParameterName=ParameterValue。示例未显示参数，完整列表见参考文献"diodes"[TRK]。

通用形式：d[name] [anode] [cathode] [model] .model [modelname] d ( [parmtr1=x] [parmtr2=y] ...)
示例：d1 1 2 mod1 .model mod1 d

特定型号二极管模型常由制造商提供，含参数；否则使用默认值。

双极结型晶体管（BJT）

BJT：元件名以"q"开头（如q1、qa、qgood）。三个节点号分别对应集电极、基极、发射极连接。节点号后跟模型名，关联模型语句。

通用形式：q[name] [collector] [base] [emitter] [model] .model [modelname] [npn or pnp] ([parmtr1=x] ...)
示例：q1 2 3 0 mod1 .model mod1 pnp
示例：q2 7 8 9 q2n090 .model q2n090 npn ( bf=75 )

模型语句以".model"开始，后跟模型名，然后是"npn"或"pnp"。可选参数列表可延续几行，用"+"续行符。上例为假设q2n090模型设正向β=75。详细模型常由制造商提供。

场效应晶体管（FET）

FET： JFET元件名以"j"开头（如j101、jalpha）。节点号依次为漏极、栅极、源极。最后跟模型名指示JFET模型。

通用形式：j[name] [drain] [gate] [source] [model] .model [modelname] [njf or pjf] ( [parmtr1=x] ...)
示例：j1 2 3 0 mod1 .model mod1 pjf
j3 4 5 0 mod2 .model mod2 njf ( vto=-4.0 )

JFET模型语句中".model"后跟模型名，再跟"pjf"或"njf"表示P/N沟道。可跟长参数列表。此处仅展示如何设n沟道JFET钳位电压Vp为-4.0 V（vto参数）。否则vto默认n沟道-2.5 V、p沟道2.5 V。

金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）

MOSFET： 元件名以"m"开头。随后四个节点号分别为漏极、栅极、源极、衬底。接着是模型名。示例中源极和衬底均接节点"0"。分立MOSFET为三端器件，源极与衬底同一物理端子；集成MOSFET为四端器件，衬底为独立第四端子，多器件可共享衬底。

通用形式：m[name] [drain] [gate] [source] [substrate] [model] .model [modelname] [nmos or pmos] ( [parmtr1=x] ... )
示例：m1 2 3 0 0 mod1
m5 5 6 0 0 mod4 .model mod1 pmos .model mod4 nmos ( vto=1 )

MOSFET模型语句以".model"开始，后跟模型名，再跟"pmos"或"nmos"。可选参数列表很长，详见第5卷"MOSFET"[TRK]。制造商提供详细模型，否则用默认值。

本节仅提供最基础的半导体SPICE信息，所示模型可仿真基本电路，不涵盖高速/高频运行。仿真示例见第5卷第7章"Using SPICE..."。

回顾：

• 半导体可用SPICE计算机仿真。
• SPICE提供二极管、BJT、JFET、MOSFET的元件语句和模型。