PDP行驅(qū)動(dòng)芯片用高壓DMOS器件SPICE宏模型研究.pdf

1、近年來，功率集成電路(PIC)的發(fā)展越來越迅速，在PDP驅(qū)動(dòng)、LCD驅(qū)動(dòng)和自動(dòng)化控制等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。在PDP驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)的過程中，電路仿真技術(shù)可以起到降低成本，縮短開發(fā)周期的重要作用。電路仿真結(jié)果能否正確的反映高壓集成電路的電學(xué)特性，很大程度上依賴于所選取的器件模型的準(zhǔn)確程度。目前，用于PIC仿真的高壓器件模型相當(dāng)有限，由于PDP驅(qū)動(dòng)芯片中應(yīng)用的高壓器件和電路都是自主研發(fā)、定制設(shè)計(jì)的，因此缺少芯片制造商的模型對(duì)它們的支持，但是器

2、件模型是電路設(shè)計(jì)中不可缺少的重要元素，建立能夠用于SPICE仿真的高壓器件模型成為急待解決的問題。 本文圍繞高壓DMOS器件SPICE宏模型的建立，并結(jié)合模型在PDP驅(qū)動(dòng)芯片和系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究。傳統(tǒng)的高壓器件SPICE模型是基于等效電路模型建立的，模型的準(zhǔn)確與否很大程度上依賴于等效電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)由于構(gòu)造等效電路的標(biāo)準(zhǔn)元器件不能準(zhǔn)確反映高壓器件的特殊性，仿真的結(jié)果很難滿足功率集成電路CAD設(shè)計(jì)的需要。本文在深入分析高壓D

3、MOS器件工作原理的基礎(chǔ)上，并結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際需要，采用物理模型、數(shù)學(xué)模型和等效電路宏模型相集合的方法建立了 SPICE宏模型。 首先，應(yīng)用半導(dǎo)體理論建立高壓DMOS器件的物理模型。該物理模型考慮了高壓DMOS器件的準(zhǔn)飽和特性、溝道非均勻摻雜特性和溫度效應(yīng)。此外，該物理模型還考慮了在高電壓、大信號(hào)條件下的瞬態(tài)特性，建立了瞬態(tài)分析模型。通過靜態(tài)和瞬態(tài)模型的的建立，器件端口的電學(xué)行為可以通過電流-電壓(I-V)特性、電容-電壓(C-V

4、)特性以及器件中載流子的輸運(yùn)過程描述出來。其次，在物理模型的基礎(chǔ)上，首次將規(guī)范化分段線性模型技術(shù)，用于建立高壓DMOS器件I-V和C-V特性的數(shù)學(xué)模型。按照規(guī)范化分段線性模型的思想，應(yīng)用Powell尋優(yōu)算法，利用數(shù)學(xué)工具M(jìn)ATLAB尋找到最優(yōu)系數(shù)，把器件的電學(xué)行為轉(zhuǎn)化為利用數(shù)學(xué)方程式來表達(dá)的形式。最后，針對(duì)本文中DMOS器件的特殊結(jié)構(gòu)提出了新型等效電路，將描述等效電路中I-V和C-V特性的數(shù)學(xué)方程式植入SPICE模擬器中，解決了模型和S

5、PICE之間的兼容性問題，再結(jié)合SPICE中標(biāo)準(zhǔn)元器件，最終建立起高壓 DMOS器件的SPICE宏模型。 將本文建立的宏模型用于PDP行驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)和仿真，通過與實(shí)際測試結(jié)果比較，靜態(tài)Ⅳ特性相差在10％以內(nèi)，瞬態(tài)特性相差在15％以內(nèi)，均滿足了預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文宏模型支持下設(shè)計(jì)完成的PDP行驅(qū)動(dòng)芯片點(diǎn)屏測試結(jié)果表明，芯片整體性能可靠，完全能夠滿足PDP系統(tǒng)工作的需要。同時(shí)，本文提出的建模方法提供了一個(gè)建立宏模型的通用平臺(tái)，通過