RF CMOS設(shè)計中的PSP模型解析

賓夕法尼亞州飛利浦（PSP）晶體管模型被公認(rèn)為是RFIC設(shè)計的傳統(tǒng)BSIM模型的絕佳替代品，因此RF設(shè)計人員需要意識到PSP模型與實(shí)際器件性能之間的關(guān)系。PSP模型確實(shí)需要模型開發(fā)人員進(jìn)行一些判斷。同樣重要的是要了解在RF工藝設(shè)計套件（PDK）中使用這些模型的方式。將簡單的PSP模型包含在PDK中并不能保證設(shè)計人員獲得改進(jìn)的建模技術(shù)所帶來的所有仿真精度和效率方面的優(yōu)勢。

PSP模型與BSIM

PSP模型屬于為解決RF設(shè)計挑戰(zhàn)而開發(fā)的新型晶體管模型。具體來說，RF晶體管必須在廣泛的偏置條件下工作-從功率放大器飽和區(qū)域中的大信號到無源混頻器亞閾值區(qū)域中的弱信號。此外，RF晶體管模型必須正確表示信號特性，例如諧波和線性。

如本文所示，PSP模型通過計算晶體管的硅/二氧化硅界面的柵極區(qū)域中的表面電勢來滿足這些要求。盡管表面電勢技術(shù)自1960年代就已為人所知，但最近才通過Phillips MOS Model 11和賓夕法尼亞州立大學(xué)的SP模型實(shí)現(xiàn)了將必要的方程式綜合起來并將其實(shí)現(xiàn)為緊湊模型的方法。

PSP模型理論概述

與其他建模方法相比，PSP模型所基于的表面電勢方法使用的分析更加緊密地描述了晶體管的器件物理特性。因此，這些模型可以準(zhǔn)確預(yù)測齲齒的物理現(xiàn)象，包括庫侖散射，量子力學(xué)效應(yīng)，噪聲源，逆行通道輪廓和陰影溝槽隔離（STI）引起的應(yīng)力。

要了解表面電勢方法是如何工作的，請考慮使晶體管的柵電極與覆蓋器件硅表面的二氧化硅區(qū)域接觸（圖1）。改變晶體管柵極的偏置電壓會影響硅表面的電勢。可以將這種表面電勢關(guān)系公式化為一個方程，該方程涉及各種工藝參數(shù)，包括器件主體因子和散裝載流子濃度。該方程式是泊松方程式的一種形式，被稱為表面勢方程式（SPE）。

電壓方程式中表面電位的定義

當(dāng)包含在完善的PDK中時，PSP模型可作為RF設(shè)計人員的絕佳工具。該模型的表面電勢基礎(chǔ)使其能夠預(yù)測BSIM模型無法提供的性能。因此，當(dāng)今的RF設(shè)計人員可以使用完整的PDK將PSP模型添加到BSIM模型，其他模型和經(jīng)過驗(yàn)證的數(shù)據(jù)文件的現(xiàn)有軟件包中。這個完整的PDK與RF設(shè)計流程緊密集成，使RF設(shè)計人員可以專注于電路設(shè)計問題，而不是工具的準(zhǔn)確性和使用情況。

此外，用于深亞微米技術(shù)的良好RF PDK應(yīng)該提供有效的統(tǒng)計和電感工具。這些工具既節(jié)省了時間，又使設(shè)計人員有信心從硅技術(shù)中獲得最佳性能和效率。借助先進(jìn)的模型和工具，設(shè)計人員可以滿足功耗和噪聲方面的嚴(yán)格限制，同時最大程度地縮短產(chǎn)品上市時間并改善設(shè)備的可制造性。

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