电子器件SPICE模型的构建(2)
SPICE 程序具有庞大的器件库，其中包括无源器件模型、半导体器件模型、各种电源信号源和A/D，D/A 转换接口电路以及数字电路器件库。如今SPICE 模型已被大量应用于电子电路设计中，应用在电路的非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析上。由于给出了模型方程式，可以把 SPICE 模型和仿真器的算法紧密联系在一起，从而获取最优的分析效率和分析结果[3]。
SPICE 仿真软件由模型和仿真器构成。SPICE 模型由两部分组成：模型方程式（Model Equations）和模型参数（Model Parameters）[4]。仿真器将电路仿真中用到的元件分为 16 种基本类型。为这 16 类基本器件分别建立了模型方程式，并固化在仿真引擎中。模型参数文件是为了区分同类器件中的不同型号的器件，模型参数的不同代表了它们具体性能的不同。复杂器件的模型是由这 16 类基本器件所组成的。由于仿真器已经和模型集成在一起，因此使用者很难再用SPICE去添加新的模型类型，但添加新的模型只需要在现有的模型类型中设置新的参数[5]。
1.3 研究的目的和意义
集成电路技术的高速发展，导致电路设计与系统仿真越来越复杂，难度也越来越大。传统的晶体管级元件模型精度很高，能够比较好地反映实际元件的相关特性，是保证电路设计正确的关键。但是如果在电路仿真过程中，都采用晶体管级元件模型来构成电路，其电路方程会变得异常复杂，大大增加了计算机的运算时间和存储容量，成为整个电路仿真、验证的瓶颈，因此需要一些简化的模型，来加快电路仿真的速度[6]。
一个理想的元器件模型，不仅能准确地表达元件的电学特性还要能在计算机上进行数值求解。器件模型会随着精度的增加变得越来越复杂，因而需要更多的模型参数。这大大增加了运行时的内存量，也浪费了时间。对于由大量元器件构成的集成电路，其计算时间对模型的复杂度较为敏感，增加少量的器件都会使时间变长[7]。相反，如果模型精度太低，也会造成仿真结果的不可信。所以有必要根据具体情况决定元器件模型的复杂程度，即需要向原有元件库中添加新元件的模型。
当原件库中缺少需要的器件时，使用者不需要通过组合原有器件来获得，可以通过构建新模型直接掉用，这样不仅方便了日后设计的使用，同时简化了电路结构，也提高了设计效率。
1.4 本文主要研究内容和章节安排
本文以模拟行为级建模以及器件模型参数提取法的研究为核心，并介绍了宏模型的建立，分别给出了实际的仿真实例。
全文按照四章来安排：
第一章是绪论，分析了元器件建模在电路仿真中的重要性，介绍了当前元器件建模的两种主要方法，以及下文需要用到的PSpice仿真软件。
第二章为无源器件的建模。首先介绍了无源器件的模型理论，分析了如何使用模拟行为级建模构建特殊电阻和特殊电容，如何使用参数提取法构建非线性磁芯，并对所建模型进行了验证。
第三章为半导体器件的构建。着重介绍了晶体二极管和晶体三极管建模理论的相关原理和建模的原则，研究了如何用参数提取法构建，并分析了所建模型的曲线特性，与库中原有器件对比进行验证。
第四章为宏模型的构建。介绍了如何用PSpice描述语句创建子电路模型，并对所建模型进行了简单的验证。