集成电路设计基础：MOSFET SPICE模型详解

本文主要介绍了集成电路中的MOSFET元件及其在SPICE模拟中的输入格式。MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是集成电路设计中重要的半导体器件，其SPICE模型对于电路仿真至关重要。 在SPICE模型中，MOSFET元件的一些关键参数包括： 1. NRD和NRS：这两个参数用于计算电阻，当它们的值为0时，表示默认值。 2. OFF：这个参数控制直流分析的初始状态，OFF表示关闭，省略时默认为ON。 3. IC：初始电压条件，定义了器件在仿真开始时的电压状态。 4. TEMP：器件的工作温度，单位为摄氏度，影响器件的电气特性。 5. M：乘积因子，通常用于调整模型的规模，默认值为1。 6. GEO：漏/源几何尺寸分摊数，用于处理多晶硅栅极的尺寸影响，省略时默认为0。 集成电路设计基础中涵盖了无源器件的结构和模型，例如： - 无源器件包括互连线、电阻、电容、电感和传输线等。互连线设计应考虑其长度、宽度、电流裕量以及多层金属结构，以减少寄生效应。 - 电阻可以有三种实现方式：片式电阻、专门制造的高质量电阻和互连线的传导电阻。单线和U型电阻是常见的电阻结构。 - MOSFET可被用作有源电阻，直流电阻(Ron)和交流电阻(rds)在不同条件下有不同的表现，例如在VGS保持不变的情况下，NMOS和PMOS的有源电阻会有不同的特性。 - 电容的实现方式多样，如二极管和三极管的结电容、叉指金属结构以及金属-绝缘体-金属(MIM)结构，尤其在高速集成电路中，这些电容形式尤为重要。 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）模型允许工程师对复杂的集成电路进行精确的仿真，了解器件在实际工作条件下的行为。6.1至6.7章节详细讲述了无源器件模型以及各种晶体管的电流方程和SPICE模型，这包括二极管、双极晶体管、JFET、MESFET和MOS管。6.7章节则讨论了SPICE数模混合仿真程序的设计流程和方法，这对于理解整个集成电路的性能至关重要。