Jump to content

    

Нелинейная модель СВЧ МДП транзистора

Recommended Posts

Stefan1

Приветствую!

 

Описание проблемы: нужно создать нелинейную модель СВЧ МДП транзистора по его эквивалентной схеме, чтобы она совпадала с реальными характеристиками прибора (ВАХи, CV-характеристики и др.) в пределах небольшой погрешности (~15 - 20%). В дальнейшем планируется использование этой модели для расчета оптимальных цепей согласования в полосе.

 

Основная сложность - трудность в воспроизведении ВАХов.

Вопрос: Может быть кто-то сталкивался с такой проблемой?

 

Готовые нелинейные модели не подходят, т.к. не обеспечивают требуемую точность совпадения с экспериментальными данными.

На данный момент пользуюсь программой microwave office.

Второстепенный вопрос: Может быть стоит использовать другие программы?

Share this post


Link to post
Share on other sites

sp1noza
Приветствую!

 

Описание проблемы: нужно создать нелинейную модель СВЧ МДП транзистора по его эквивалентной схеме, чтобы она совпадала с реальными характеристиками прибора (ВАХи, CV-характеристики и др.) в пределах небольшой погрешности (~15 - 20%). В дальнейшем планируется использование этой модели для расчета оптимальных цепей согласования в полосе.

 

Основная сложность - трудность в воспроизведении ВАХов.

Вопрос: Может быть кто-то сталкивался с такой проблемой?

 

Готовые нелинейные модели не подходят, т.к. не обеспечивают требуемую точность совпадения с экспериментальными данными.

На данный момент пользуюсь программой microwave office.

Второстепенный вопрос: Может быть стоит использовать другие программы?

 

Да сталкивались. Главная проблема стандартных моделей - это отсутствие или недоступность методик экстракции параметров. Но однако все ими пользуются и не жалуются. Вы пробовали оптимизировать параметры нелинейных моделей, чтобы ВАХ воспроизводились корректно? На самом деле ВАХ это не самая большая проблема. Труднее воспроизвести S-параметры в различных рабочих точках. Кстати, какие ВАХ используете импульсные или на постоянке?

Есть другой тип моделей табличные, довольно широко сейчас используются. Можете набрать в поиске tabular nonlinear transistor model и поискать. На русском языке тоже есть публикации:

119_120.rar

 

Вот еще небольшой обзор математических моделей транзисторов.

http://www.tusur.ru/filearchive/reports-ma...010-2-1/118.pdf

 

Вместо AWR с тем же успехом можно использовать ADS. Специализированная программа экстракции нелинейных моделей это IC CAP. Еще есть Ampsa, но там вроде только шумовые.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stefan1
Вы пробовали оптимизировать параметры нелинейных моделей, чтобы ВАХ воспроизводились корректно?

У меня не получается задать точную формулу для тока. В ВАХах же два участка: крутая область характеристик и область насыщения. Вот как раз этот слом тока и не могу задать. Для тока в microwave office я использую элемент Voltage-Controlled Current Source (Closed Form): VCCS, а там ток задается довольно сложно... До оптимизации пока еще дело не дошло.

 

Кстати, какие ВАХ используете импульсные или на постоянке?

 

ВАХ использую на постоянке.

Share this post


Link to post
Share on other sites

sp1noza
У меня не получается задать точную формулу для тока. В ВАХах же два участка: крутая область характеристик и область насыщения. Вот как раз этот слом тока и не могу задать. Для тока в microwave office я использую элемент Voltage-Controlled Current Source (Closed Form): VCCS, а там ток задается довольно сложно... До оптимизации пока еще дело не дошло.

 

ВАХ использую на постоянке.

 

Элемент VCCS - это линейный элемент, с его помощью получить ВАХ весьма затруднительно. Ток нелинейно зависит от двух напряжений на стоке и на затворе, а в элементе VCCS только от одного напряжения и линейно. Если я правильно понял, то у вас сейчас есть модель транзистора для определенного напряжения смещения (построенная по S-параметрам), то есть малосигнальная модель. ВАХ это нелинейная характеристика, чтобы ее математически описать необходимо нелинейное уравнение, например полином вида:

 

Id = I0 + I1*V + I2*V*V + ... - аппроксимация ВАХ полиномом (элемент NLVCCS)

 

или специально подобранные функции:

 

Id = I0 *(1 + tanh (x))*(1+lambda*V)*tanh (Vd) - модель Ангелова (элемент ANGELOV)

 

В табличных моделях используют используют измеренные данные, промежуточные точки находят интерполяцией, например, тем же самым полиномом.

Edited by sp1noza

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stefan1

Благодарю за развернутый ответ, sp1noza! Теперь понятно как строить ВАХи. Кстати, когда вы говорили про сложность воспроизведения S параметров в каждой рабочей точке, можно ведь задать функцию от напряжения для входного и выходного импеданса транзистора и таким образом "включить" S параметры в эквивалентную схему, или тут все сложнее?

Share this post


Link to post
Share on other sites

sp1noza
Благодарю за развернутый ответ, sp1noza! Теперь понятно как строить ВАХи. Кстати, когда вы говорили про сложность воспроизведения S параметров в каждой рабочей точке, можно ведь задать функцию от напряжения для входного и выходного импеданса транзистора и таким образом "включить" S параметры в эквивалентную схему, или тут все сложнее?

 

C ВАХ все намного проще, потому что по сути от напряжений на стоке и затворе зависит только один параметр - DC проводимость (или ток стока), если рассматривать только выходные ВАХ. И зависимость тока стока достаточно хорошо изучена, подобраны функции, которые ее аппроксимируют (типа гиперболического тангенса tanh).

 

Когда же дело касается S-параметров, тут у нас уже множество параметров, которые зависят и не зависят от Vds и Vgs: входная, выходная, проходная емкости, AC проводимость, паразитные параметры и прочее. В общем, как-то здесь уже становится трудновато.

 

Есть одна толковая статья про моделирование транзисторов. Несмотря на то, что она на английском, прочитать ее следует, на многое открывает глаза:

 

http://193.109.184.8/pdf/MicrowaveMagazine...rs_June2008.pdf

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stefan1
Когда же дело касается S-параметров, тут у нас уже множество параметров, которые зависят и не зависят от Vds и Vgs: входная, выходная, проходная емкости, AC проводимость, паразитные параметры и прочее. В общем, как-то здесь уже становится трудновато.

 

Есть одна толковая статья про моделирование транзисторов. Несмотря на то, что она на английском, прочитать ее следует, на многое открывает глаза:

 

http://193.109.184.8/pdf/MicrowaveMagazine...rs_June2008.pdf

 

Спасибо за статейку! Почитаю, затем отпишусь.

Share this post


Link to post
Share on other sites

uskov

Скажите, а в какой программе будет проводиться моделирование?

Если в MWO то будучи аспирантом я определял параметры моделей полевого транзистора с затвором Шоттки по набору ВАХ и серии S-параметров снятых в различных рабочих точках по затвору и стоку. В принципе с помощью данной методики можно определить и параметры модели МДП транзистора.

Если интересно то могу отсканить свои статьи по этой теме и выслать на мыло или еще куда выложить...

Edited by uskov

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stefan1
Скажите, а в какой программе будет проводиться моделирование?

Если в MWO то будучи аспирантом я определял параметры моделей полевого транзистора с затвором Шоттки по набору ВАХ и серии S-параметров снятых в различных рабочих точках по затвору и стоку. В принципе с помощью данной методики можно определить и параметры модели МДП транзистора.

Если интересно то могу отсканить свои статьи по этой теме и выслать на мыло или еще куда выложить...

Моделирование пока планирую проводить в MWO.

Да, было бы интересно почитать. Если не сложно, можете скинуть мне на мыло: [email protected]

Параметры моделей, имеется ввиду мощность, КПД? Интересно, как же мерить эти S параметры в различных рабочих точках? Если транзистор достаточно мощный то на больших токах он перегреется. Я так понимаю тут нужно водяное охлаждение либо в импульсе мерить?

Share this post


Link to post
Share on other sites

sp1noza
Скажите, а в какой программе будет проводиться моделирование?

Если в MWO то будучи аспирантом я определял параметры моделей полевого транзистора с затвором Шоттки по набору ВАХ и серии S-параметров снятых в различных рабочих точках по затвору и стоку. В принципе с помощью данной методики можно определить и параметры модели МДП транзистора.

Если интересно то могу отсканить свои статьи по этой теме и выслать на мыло или еще куда выложить...

 

Можно скинуть, если не трудно, статьи на email: [email protected]

 

Интересно, как же мерить эти S параметры в различных рабочих точках? Если транзистор достаточно мощный то на больших токах он перегреется. Я так понимаю тут нужно водяное охлаждение либо в импульсе мерить?

 

Да, чтобы свести к минимуму явление разогрева, ВАХ и S-параметры можно измерять в импульсе. Также в импульсе можно измерить поведение ВАХ вблизи напряжения пробоя.

 

Еще импульсные измерения используют, чтобы отделить эффект разогрева и более сложные эффекты, например trapping effects (захват электронов ловушками в полупроводнике). Этот эффект сильно проявляется в GaN транзисторах, проведено много исследований на эту тему.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

uskov
Моделирование пока планирую проводить в MWO.

Да, было бы интересно почитать. Если не сложно, можете скинуть мне на мыло: [email protected]

Параметры моделей, имеется ввиду мощность, КПД? Интересно, как же мерить эти S параметры в различных рабочих точках? Если транзистор достаточно мощный то на больших токах он перегреется. Я так понимаю тут нужно водяное охлаждение либо в импульсе мерить?

Я в основном работал с малошумящими ПТШ и для них такие параметры обычно приводятся. Для русских транзисторов делали запрос на завод. Для входных усилителей это важно, а для мощных актуально подавление гармоник, которое в основном зависит от нелинейности источника тока модели.

По поводу импульсных измерений в большесигнальном режиме, не особо уверен что получиться приемлемая точность. Для семелабовскох 15-ти ватных транзисторов не очень то получалось нормально посчитать.

 

Завтра буду сканить статьи... Как будет готово отпишусь...

Да еще хотел спросить. А какой транзистор?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stefan1
Я в основном работал с малошумящими ПТШ и для них такие параметры обычно приводятся. Для русских транзисторов делали запрос на завод. Для входных усилителей это важно, а для мощных актуально подавление гармоник, которое в основном зависит от нелинейности источника тока модели.

По поводу импульсных измерений в большесигнальном режиме, не особо уверен что получиться приемлемая точность. Для семелабовскох 15-ти ватных транзисторов не очень то получалось нормально посчитать.

 

Завтра буду сканить статьи... Как будет готово отпишусь...

Да еще хотел спросить. А какой транзистор?

 

Транзистор отечественный: LDMOS 2П983В.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Stefan1
Есть одна толковая статья про моделирование транзисторов. Несмотря на то, что она на английском, прочитать ее следует, на многое открывает глаза:

 

http://193.109.184.8/pdf/MicrowaveMagazine...rs_June2008.pdf

 

В ходе чтения статьи возник вопрос: что можно вытянуть из измерения S параметров? В статье сказано, что это дает исчерпывающие данные по определения значений индуктивностей и емкостей модели транзистора, а что это за элементы - не сказано. Т.е. как я понял, мы вычисляем импеданс из S параметров, а оттуда дальше высчитываем индуктивности и емкости транзистора, так вот что это за индуктивности и емкости? Может кто-нибудь сталкивался с такими расчетами?

Share this post


Link to post
Share on other sites

sp1noza
В ходе чтения статьи возник вопрос: что можно вытянуть из измерения S параметров? В статье сказано, что это дает исчерпывающие данные по определения значений индуктивностей и емкостей модели транзистора, а что это за элементы - не сказано. Т.е. как я понял, мы вычисляем импеданс из S параметров, а оттуда дальше высчитываем индуктивности и емкости транзистора, так вот что это за индуктивности и емкости? Может кто-нибудь сталкивался с такими расчетами?

 

Вот одна из первых статей, где описана и принципиальная схема полевого транзистора, и методы расчета ее элементов:

 

https://www.chalmers.se/mc2/EN/laboratories...he=1177425341.0

 

На русском тоже есть статьи:

 

http://www.tusur.ru/filearchive/reports-ma...010-2-1/153.pdf

 

Элементы транзистора делят на внешние (паразитные, или элементы, моделирующие корпус) и внутренние. В основном интерес представляют внутренние элементы, а именно: емкость затвор-исток Cgs, емкость затвор-сток Сgd, емкость сток-исток Cds, проводимость сток-исток Gвы (или сопротивление Rds), крутизна gm и т.д. Имея измеренные S-параметры при заданном напряжении смещения (например, Vds = 3 В, Vgs = -1 В) можно вычислить вышеперечисленные малосигнальные параметры транзистора (методы расчета есть в указанных статьях).

Share this post


Link to post
Share on other sites

YuriyMatveev

Малосигнальная модель транзистора получается путем экстракции из S параметров, измеренных в так называемых "горячих" и "холодных" режимах, вообще довольно сложная процедура. В прикрепленном файле часть статьи в которой автор достаточно подробно изложил данную процедуру.

Также есть ПО "TOPAS" от IMST (http://www.topas.imst.de/Topas/en/whatis.php) для экстракции S параметров и создания нелинейных моделей транзисторов, причем есть у них и демо-версия, впрочем если ПО не получится скачать, можете им написать (довольно охотно идут на контакт)

3_4.pdf

Edited by YuriyMatveev

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.