RF CMOS设计中的PSP模型解析

ByElmer1 · 发表于 2021-6-1 10:11

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宾夕法尼亚州飞利浦（PSP）晶体管模型被公认为是RFIC设计的传统BSIM模型的绝佳替代品，因此RF设计人员需要意识到PSP模型与实际器件性能之间的关系。PSP模型确实需要模型开发人员进行一些判断。同样重要的是要了解在RF工艺设计套件（PDK）中使用这些模型的方式。将简单的PSP模型包含在PDK中并不能保证设计人员获得改进的建模技术所带来的所有仿真精度和效率方面的优势。

PSP模型与BSIM

PSP模型属于为解决RF设计挑战而开发的新型晶体管模型。具体来说，RF晶体管必须在广泛的偏置条件下工作-从功率放大器饱和区域中的大信号到无源混频器亚阈值区域中的弱信号。此外，RF晶体管模型必须正确表示信号特性，例如谐波和线性。

如本文所示，PSP模型通过计算晶体管的硅/二氧化硅界面的栅极区域中的表面电势来满足这些要求。尽管表面电势技术自1960年代就已为人所知，但最近才通过Phillips MOS Model 11和宾夕法尼亚州立大学的SP模型实现了将必要的方程式综合起来并将其实现为紧凑模型的方法。

PSP模型理论概述

与其他建模方法相比，PSP模型所基于的表面电势方法使用的分析更加紧密地描述了晶体管的器件物理特性。因此，这些模型可以准确预测龋齿的物理现象，包括库仑散射，量子力学效应，噪声源，逆行通道轮廓和阴影沟槽隔离（STI）引起的应力。

要了解表面电势方法是如何工作的，请考虑使晶体管的栅电极与覆盖器件硅表面的二氧化硅区域接触（图1）。改变晶体管栅极的偏置电压会影响硅表面的电势。可以将这种表面电势关系公式化为一个方程，该方程涉及各种工艺参数，包括器件主体因子和散装载流子浓度。该方程式是泊松方程式的一种形式，被称为表面势方程式（SPE）。

电压方程式中表面电位的定义

当包含在完善的PDK中时，PSP模型可作为RF设计人员的绝佳工具。该模型的表面电势基础使其能够预测BSIM模型无法提供的性能。因此，当今的RF设计人员可以使用完整的PDK将PSP模型添加到BSIM模型，其他模型和经过验证的数据文件的现有软件包中。这个完整的PDK与RF设计流程紧密集成，使RF设计人员可以专注于电路设计问题，而不是工具的准确性和使用情况。

此外，用于深亚微米技术的良好RF PDK应该提供有效的统计和电感工具。这些工具既节省了时间，又使设计人员有信心从硅技术中获得最佳性能和效率。借助先进的模型和工具，设计人员可以满足功耗和噪声方面的严格限制，同时最大程度地缩短产品上市时间并改善设备的可制造性。