SPICE模型的NMOS仿真

沈陽化工大學 信息工程學院 周月季 王 健

SPICE模型是由美國加州大學伯克利分校的電子研究實驗室于1975年開發出來的一種功能非常強大的通用模擬電路仿真器。利用SPICE模型，可以精確地在電路器件一級，仿真系統的工作特性、驗證系統的邏輯功能。

本文提出了一種NMOS器件仿真SPICE模型的方法，采用cadence17.4orcad軟件進行波形仿真，得到更好的波形仿真圖。

1 建立NMOS模型

采用cadence 17.4orcad軟件進行仿真，由于ORCAD軟件自帶庫中沒有背柵與源極分開的NMOS模型，需要自己建立。具體步驟如下：

（1）打開cadence 17.4orcad軟件的model editor（模型編輯器)界面，建立新的模型，出現新的模型圖形，這樣就建立好一個新的nmos.lib庫文件。

（2）修改模型參數：本軟件采用mos模型為三級，本模型采用第三級。打開model editor（模型編輯器)界面，找到（1)步驟建立的nmos.lib庫文件，根據需要進行改變參數，將溝道長度L設置為2.0000E-6，溝道寬度W設置為4.0000E-6。

（3）建立nmos.olb圖形文件：點擊file—export to part library…—在彈出窗口中，點擊enter input model library選nmos.lib（正常為默認)—點擊OK。在彈出窗口中，報告信息無錯誤之后，再點擊OK。—生成nmos.olb文件。

（4）進行修改圖形文件：將NMOS三端口器件變為NMOS四端口器件。打開capture CIS17.4界面之后，再打開nmos.olb圖形文件，選擇option---part properity，在彈出窗口中選中PSPICE template…，點擊一下。在窗口下面空格中顯示出了PSPICE template M^@REFDES%d%g%s%s...修改為PSPICE templateM^@REFDES%d%g%s%b...。如圖1為三端口 NMOS模型圖，圖2為四端口NMOS模型圖。

圖1 NMOS三端口模型圖

圖2 NMOS四端口模型圖

（5）注冊：將nmos.lib庫文件和修改后的nmos.olb圖形文件內容復制粘貼到軟件的library文件夾中。當需要調用此模型時，軟件就能找到該模型。

（6）NMOS模型驗證：通過電路仿真驗證進行NMOS模型的正確性。

2 NMOS模型仿真

通過cadence 17.4orcad軟件對模型進行電路仿真分析。

2.1 建立電路圖

首先創建新的文件夾；其次是添加器件庫，由于第一次運行是沒有庫的，可以用添加庫圖標的方法在軟件安裝路徑下，全選將所有的器件并添加進去；接著進行放置器件，在圖形界面上移動鼠標，在適當位置點擊鼠標左鍵，放下器件；然后放置并更改電源名稱，點擊place—part—在彈出窗口中選擇library選中pspice—source，在part中選VDC—點擊ok，重復上面操作，放置三個電源；并用鼠標左鍵雙擊電源名稱，在彈出窗口中分別將三個電源改名為：VGS，VBS，VDS，用鼠標左鍵雙擊電源數值，將VGS電源數值改為5V；接著進行放置地線，點擊place—ground，在彈出的窗口中選中0/source，點擊ok，進行地線的放置；最后進行連線，點擊place—wire，移動鼠標到需要連接器件的一個管腳點擊鼠標左鍵，放置一端，然后移動鼠標到另外需要連接的器件的端口，點擊鼠標左鍵，將所有的器件連接在一起，完成連線。總的電路圖如圖3所示。

圖3 驗證電路圖

2.2 仿真設置

建立直流掃描，在電路圖中，將VDS的初始值設置為0，終值設置為5；VBS選擇VALUE LI為：0.1 0.3 0.5。其次，放置電流探針到NMOS的漏極（D)上。最后，進行軟件仿真，仿真圖形結果如圖4所示，修改器件參數得到如圖5所示。

圖4 原四端口NMOS仿真電路圖

圖5 改進的四端口NMOS仿真電路圖

結語：本文通過建立SPICE模型，得到NMOS器件隨這VBS的變化，輸出電流發生變化的曲線；并通過修改器件參數得到了更好的仿真效果。