AVLSoft

 

English

 

 

Win

KOI

DOS

home

 

 

 

 

 

 

e-mail

Дата последней модификации: 17 июня 2000 г.

Программы

 

 

CAD/CAM/CAE

 

 

PC-Gael

 

SPAREXT

 

Утилиты

 

 

NETINFO

 

DBFViEd

 

PLAYFLI

 

PATCHFIL

 

SHOWMSG

LEFTRGHT

IBMTVAX

VAXTEXT

CONV2FIX

Библиотеки

 

 

Netware

 

 

DBLib

 

BFG

SPAREXT(tm)

Универсальный экстрактор параметров SPICE-моделей

За последние несколько лет широкое распространение получила программа моделирования электронных схем SPICE, став, фактически, мировым стандартом в своей области.  Эта программа с успехом применяется как при проектировании БИС/СБИС, так и при разработке различных схем на дискретных элементах.  Единственная трудность, возникающая при использовании программы SPICE, заключается в необходимости определения значений параметров моделей, встроенных в эту программу.  Существует два основных  способа идентификации (экстракции) значений параметров моделей.

Первый способ -- определение значений параметров путем обработки экспериментальных данных, вид которых определяется физическим смыслом каждого параметра.  Такой путь делает задачу идентификации параметров трудновыполнимой, так как в этом случае отдельно для каждого параметра должна быть разработана своя методика идентификации, причем для многих параметров для этого недостаточно просто знать их физический смысл, необходимо учитывать особенности их использования в уравнениях модели.  Эти методики идентификации должны предполагать использование специальных тестовых структур практически для каждого параметра, что для некоторых параметров вообще невозможно.

От всех этих трудностей свободен второй способ.  Методом идентификации в этом случае является нелинейная многомерная оптимизация с ограничениями. В качестве исходных данных для экстракции используются одна или семейство вольт-амперных, вольт-фарадных или температурных (в зависимости от выбранной SPICE-модели) характеристик.  В ходе экстракции подбираются такие значения (из указанных диапазонов) требуемых параметров модели, при которых достигается максимально возможное приближение к экспериментальным значениям соответствующих величин рассчитанных по модели.  Это обеспечивается путем минимизации целевой функции, представляющей из себя, в общем виде, сумму по всем экспериментальным точкам квадратов разности экспериментальных и соответствующих модельных значений.  Этот способ идентификации параметров заложен в основу программы SPAREXT.

Основные характеристики

количество включенных методов оптимизации

7

 

количество различных видов целевой функции

5

 

количество включенных моделей

14

 

количество возможных типов экспериментальных зависимостей

15

 

максимальное количество одновременно идентифицируемых параметров

34

 

максимальное количество экспериментальных точек

1000

 

максимальное количество экспериментальных кривых

200

 

Методы оптимизации

В программу включены следующие методы оптимизации:

симплексный метод Нелдера-Мида;

метод Хука-Дживса;

метод Давидона-Флетчера-Пауэлла;

метод Флетчера-Ривса;

метод прямого поиска;

метод Марквардта-Левенберга;

модифицированный метод наименьших квадратов.

Виды целевой функции

В программе реализованы три типа целевой функции, один из которых имеет, в свою очередь, три подтипа.

Ниже использованы следующие обозначения:

Fobj

- целевая функция;

М

- количество экспериментальных точек;

Xэксп.i

- измеренное значение;

Xмодельi

- вычисленное значение, соответствующее Xэксп.i

Тип 1

Функция абсолютной ошибки:

Fobj = SUMMA[ ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] )**2 ], i=1...М

(1)

Функция относительной ошибки:

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] ) / Xэксп.[i] }**2 ], i=1...М

(2)

Функция разностей с весами, указываемыми пользователем:

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] ) / Xвес[i] }**2 ], i=1...М

(3)

Тип 2

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.ср. ) / Xэксп.ср. }**2 ], i=1...М

(4)

 где

Xэксп.ср. = SUMMA[ Xэксп.[i] ] / M, i=1...М

 

Тип 3

Симметричная функция относительной ошибки:

Fobj = SUMMA[ { ( Xмодель[i] - Xэксп.[i] ) / Xэксп.[i] }**2 + { ( Xэксп.[i] - Xмодель[i] ) / Xмодель[i] }**2 ], i=1...М

(5)

Значение любого из приведенных видов целевой функции может быть нормировано. Нормирование проводится по следующей формуле:
Fobj = SQRT( Fobj ) / M,, где Fobj  под  корнем  --  значение  рассчитанное  по  одной из формул (1)-(5).

Модели электронных элементов

Ниже перечислены все включенные модели (для каждой  модели  приведен список параметров).

MOSFET1 - SPICE-модель МОП транзистора (N и  P-канального)  1-го уровня:  Vds,  Vgs,  Vsb, TMP, Tnom, Gmin, Lm, Wm, Ad, As, NRd, NRs, Rsh, Rd, Rs, Vto, KP, Gamma, Phi, Lambda, Ld, Wd, Is, Js.

MOSFET2 - SPICE-модель МОП транзистора (N и  P-канального)  2-го уровня:  Vds,  Vgs,  Vsb, TMP, Tnom, Gmin, Lm, Wm, Ad, As, NRd, NRs,  Rsh, Rd, Rs, Vto, Gamma, Phi, PB, Tox, Nsub, Nfs, Xj, Ld, Wd, Uo, Ucrit, Utra, Uexp, Vmax, Neff, Delta, Is, Js.

MOSFET3 -  SPICE-модель  МОП транзистора (N и P-канального) 3-го уровня:  Vds,  Vgs,  Vsb, TMP, Tnom, Gmin, Lm, Wm, Ad, As, NRd, NRs,  Rsh, Rd, Rs, Vto, Gamma, Phi, Tox, Nsub, Nfs, Xj, Ld, Wd, Uo, Vmax, Delta, Is, Js, Eta, Theta, Kappa.

MOSAID - модель МОП транзистора (N и P-канал):  Vds,  Vgs,  Vsb, Lm,  Wm, DL, DW, Vto, Theta, KAPO, Rsm, CM, Kd, Be, Bi, Ks, Kn, Fermi.

CASMOS - модель МОП транзистора (N и P-канал):  Vds,  Vgs,  Vsb, Rd,  Rs,  Lm,  Wm, DL, DW, Vto, Phi, Beta00, Kinf, THinf, Etan, Ai, Li, Ak, Bk, ATheta, BTheta, AlphaN, Csat, Lsat.

BJT - SPICE-модель биполярного транзистор (NPN и PNP): Vbe, Vbc, TMP,  Tnom,  Gmin,  Is, Bf, Nf, Vaf, Ikf, Ise, Ne, Br, Nr, Var, Ikr, Isc, Nc, Rb, Irb, Rbm, Re, Rc, Xtb, Eg, Xti.

JFET - SPICE-модель полевого транзистора с управляющим  pn-переходом (N и P-канал):  Vds,  Vgs,  TMP,  Tnom,  Gmin, Vto, Beta, Lambda, Rd, Rs, Rg, Is.

GASFET - PSpice-модель полевого n-канального  GaAs  транзистора: Vds,  Vgs,  TMP, Tnom, Eg, Gmin, Vto, Alpha, Beta, Lambda, Exp, Rd, Rs, Rg, Is.

DIODE - SPICE-модель диода: Vbias, TMP, Tnom, Gmin, Is, Rs, Ncoef, Eg, Xti, BV, Ibv.

DCAP -  SPICE-модель емкости плоского pn-перехода:  Vbias,  TMP, Tnom, Vj, Cj0, Mcoef, Fc.

PNCAP - SPICE-модель  емкости  сток/истокового  pn-перехода  МОП транзистора:  Vbias,  TMP,  Tnom, AREA, PRMT, Vj, Cj, Mj, Cjsw, Mjsw, Fc.

RES - температурная SPICE-модель резистора:  TMP, Tnom, Rs, Tc1, Tc2, Tce.

CAP - полиномиальная  SPICE-модель  конденсатора:  Vbias,  TMP, Tnom, Tc1, Tc2, Npol.

IND - полиномиальная  SPICE-модель  индуктивности:  Ithru,  TMP, Tnom, Tc1, Tc2, Npol.

Типы экспериментальных зависимостей

Программа допускает работу со  следующими  типами  экспериментальных характеристик электронных элементов:

для МОП и полевых транзисторов (модели MOSFET1, MOSFET2, MOSFET3, MOSAID,  CASMOS,  JFET,  GASFET): Ids(Vds), Gds(Vds), Ids(Vgs), lg(Ids(Vgs));

для биполярных   транзисторов  (модель  BJT): Ic(Vce),  Ib(Vbe), Ic(Vbe), lg(Ib(Vbe)), lg(Ic(Vbe));

для диодов (модель DIODE): Id(Vbias), lg(Id(Vbias));

для диодных емкостей (модели DCAP и PNCAP): C(Vbias), lg(C(Vbias));

для конденсаторов (модель CAP): C(Vbias);

для резисторов (модель RES): R(Tmp);

для индуктивностей (модель IND): L(Ithru).

Здесь: Ids  - ток стока;
           Gds - дифференциальная проводимость: Gds(Vds)=(Ids(Vds+Vdincr)-Ids(Vds))/Vdincr;
           Vds, Vgs - напряжения сток-исток и затвор-исток соответственно;
           Ib, Ic - токи базы и коллектора соответственно;
           Vbe, Vce, Vbc - напряжения база-эмиттер, коллектор-эмиттер, база-коллектор соответственно;
           Id  - ток диода;
           Vbias - напряжение смещения на диоде;
           C - емкость;
           R - сопротивление;
           Tmp - температура;
           L - индуктивность;
           Ithru - ток через индуктивность.

 

Более подробно о программе можно узнать из руководства пользователя, загрузив его с этого сайта (см. ниже).

В настоящее время поддерживаются две компьютерные платформы:

IBM PC: SPAREXT Версия 1.31 /PC/ (Build 126/990616) для DOS/386 и Win32;

VAX/VMS: SPAREXT Версия 1.3 (VAX/VMS) (25.03.92)

Все эти версии функционально эквивалентны.

Руководства пользователя можно скачать здесь:

Download: SPAREXT Версия 1.31 /PC/ Руководство пользователя   (ZIP-файл 16161 байт)

Download: SPAREXT Версия 1.3 (VAX/VMS) Руководство пользователя   (ZIP-файл 33224 байт)

Для IBM PC существует DEMO версия, функционально эквивалентная коммерческой. Отличие состоит лишь в том, что в DEMO версии ограничены следующие параметры: максимальное количество экспериментальных точек (20); максимальное количество экспериментальных кривых (5).

Download: SPAREXT Версия 1.31 /PC/ DEMO (Build 126/990616)   (ZIP-файл 749938 байт)

По всем вопросам, пожалуйста, присылайте сообщения по E-Mail на адрес avl@beep.ru.

Copyright © 2000 Alexander V. Loukyanets, All Rights Reserved.