PDP行驱动芯片用高压DMOS器件SPICE宏模型研究

suk.qi · 发表于 2008-6-27 10:27:44

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摘要
近年来，功率集成电路（PIC）的发展越来越迅速，在PDP驱动、LCD驱动和自动化控制等领
域都得到了广泛应用。在PDP驱动芯片设计的过程中，电路仿真技术可以起到降低成本，缩短开发
周期的重要作用。电路仿真结果能否正确的反映高压集成电路的电学特性，很大程度上依赖于所选
取的器件模型的准确程度。目前，用于PIC仿真的高压器件模型相当有限，由于PDP驱动芯片中应
用的高压器件和电路都是自主研发、定制设计的，因此缺少芯片制造商的模型对它们的支持，但是
器件模型是电路设计中不可缺少的重要元素，建立能够用于SPICE仿真的高压器件模型成为急待解
决的问题。
本文围绕高压DMOS器件SPICE宏模型的建立，并结合模型在PDP驱动芯片和系统中的应用
展开研究。传统的高压器件SPICE模型是基于等效电路模型建立的，模型的准确与否很大程度上依
赖于等效电路的拓扑结构，同时由于构造等效电路的标准元器件不能准确反映高压器件的特殊性，
仿真的结果很难满足功率集成电路CAD设计的需要。本文在深入分析高压DMOS器件工作原理的
基础上，并结合项目的实际需要，采用物理模型、数学模型和等效电路宏模型相集合的方法建立了
SPICE宏模型。
首先，应用半导体理论建立高压DMOS器件的物理模型。该物理模型考虑了高压DMOS器件
的准饱和特性、沟道非均匀掺杂特性和温度效应。此外，该物理模型还考虑了在高电压、大信号条
件下的瞬态特性，建立了瞬态分析模型。通过静态和瞬态模型的的建立，器件端口的电学行为可以
通过电流-电压（I-V）特性、电容-电压（C-V）特性以及器件中载流子的输运过程描述出来。其次，
在物理模型的基础上，首次将规范化分段线性模型技术，用于建立高压DMOS器件I-V和C-V特性
的数学模型。按照规范化分段线性模型的思想，应用Powell寻优算法，利用数学工具MATLAB寻
找到最优系数，把器件的电学行为转化为利用数学方程式来表达的形式。最后，针对本文中DMOS
器件的特殊结构提出了新型等效电路，将描述等效电路中I-V和C-V特性的数学方程式植入SPICE
模拟器中，解决了模型和SPICE之间的兼容性问题，再结合SPICE中标准元器件，最终建立起高压
DMOS器件的SPICE宏模型。
将本文建立的宏模型用于PDP行驱动芯片的设计和仿真，通过与实际测试结果比较，静态IV
特性相差在10%以内，瞬态特性相差在15%以内，均满足了预期的设计指标。本文宏模型支持下设
计完成的PDP行驱动芯片点屏测试结果表明，芯片整体性能可靠，完全能够满足PDP系统工作的
需要。同时，本文提出的建模方法提供了一个建立宏模型的通用平台，通过这个平台，不仅可以建
立高压DMOS器件的宏模型，还可以建立其它特殊器件的宏模型，用于集成电路CAD设计。
关键词：功率集成电路；PDP行驱动芯片；高压DMOS器件；物理模型；数学模型；SPICE宏模
型；电路模拟

[ 本帖最后由 suk.qi 于 2008-6-27 10:30 编辑 ]