一种InPHEMT非线性等效电路模型的参数提取方法

本发明涉及电磁场与微波，具体地说是一种inp hemt非线性等效电路模型的参数提取方法。

背景技术：

1、磷化铟高电子迁移率场效应晶体管(inp hemt)，目前被广泛应用于微波波段功率放大器、毫米波段功率放大器、太赫兹波段功率放大器或低噪声放大器等单片集成电路(mmic)中。随着inp hemt应用的不断开拓，建立器件精确的大信号等效电路模型、噪声等效电路模型以及快速准确的参数提取方法，对inp hemt的电路设计具有十分重要的意义。

2、agilent公司发布的eehemt模型是一款较为精确的hemt非线性经验基模型，包括直流模型、交流模型以及电荷模型，用以模拟hemt器件工作在大信号下的器件特性。目前已有的参数提取技术包括：1)利用商用付费软件，如iccap等；2)利用拟合算法提取全部模型参数；3)直接读取部分模型参数后，利用拟合、优化算法提取全部模型参数。由于eehemt模型的参数较多，利用现有提参技术需耗费大量时间。因此，改进部分参数提取方法，使工作者能够在最短的时间内获得更多的模型参数，并节约建模成本，是至关重要的。

3、现有技术的eehemt模型需利用拟合方法获得，使得参数提取过程复杂、繁琐，建模成本高，获得模型参数需耗费大量时间，工作效率低，严重制约了磷化铟高电子迁移率场效应晶体管的电路设计。
技术实现要素：

4、本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种inp hemt非线性模型的参数提取方法，采用重新定义eehemt模型中部分参数的提取方法，分别提取的小信号等效电路模型参数、eehemt直流、交流及电荷模型参数，无需利用拟合方法获得，使得参数提取过程更加简便，且保证了模型的精度，大大缩短了参数提取的时间，得到较为准确的仿真模型，使工作者能够在最短的时间内获得更多的模型参数，并节约建模成本，进一步提高了磷化铟高电子迁移率场效应晶体管的电路设计效率，具有良好的运用前景和商业开发价值。

5、本发明的目的是这样实现的：一种inp hemt非线性等效电路模型参数提取方法，其特点是采用重新定义eehemt模型中部分参数的提取方法，分别提取的小信号等效电路模型参数、eehemt直流、交流及电荷模型参数，其提取方法具体包括：

6、1)根据inp hemt器件的s参数测试数据，提取寄生元件参数与本征元件参数。

7、2)根据inp hemt器件的i-v曲线测试数据，提取eehemt直流模型参数。

8、3)根据inp hemt器件不同偏置条件下的s参数测试数据，得到射频跨导随偏置的变化关系，积分后得到交流下的i-v特性，提取eehemt交流模型参数。

9、4)根据inp hemt器件不同偏置条件下的s参数测试数据，得到栅极电容随偏置的变化曲线，提取eehemt电荷模型参数。

10、所述根据inp hemt器件的s参数测试数据，提取寄生元件参数与本征元件参数，具体包括：

11、1-1：根据测试得到的inp hemt器件开路测试结构的s参数，将其转换为y参数，得到栅极寄生电容cpg、漏极寄生电容cpd和栅漏寄生电容cpgd的值，所述栅极寄生电容cpg由下述(a)式计算：

12、

13、所述漏极寄生电容cpd由下述(b)式计算：

14、

15、所述栅漏寄生电容cpgd由下述(c)式计算：

16、

17、其中，ω为角频率；im用以表示取y参数的虚部；y11为输出端口短路情况下的输入导纳；y12为输入端口短路情况下的反向传输导纳；y21为输出端口短路情况下的正向传输导纳；y22为输入端口短路情况下的输出导纳。

18、1-2：根据测试得到的inp hemt器件短路测试结构的s参数，经过去嵌技术后将其分别转换为z参数，得到栅极寄生电感lg、漏极寄生电感ld、源极寄生电感ls与引线电阻rpg、rpd、rps的参数值，所述栅极寄生电感lg由下述(d)式计算：

19、

20、所述漏极寄生电感ld由下述(e)式计算：

21、

22、所述源极寄生电感ls由下述(f)式计算：

23、

24、所述引线电阻rp由下述(g)式计算：

25、rpg＝re(z11-z12)        (g)；

26、所述引线电阻rpd由下述(h)式计算：

27、rpd＝re(z22-z12)       (h)；

28、所述引线电阻rps由下述(i)式计算：

29、rps＝re(z12)＝re(z21)(i)。

30、其中，re用以表示取z参数的实部；z11为输出端口开路情况下的输入阻抗；z12为输入端口开路情况下的反向传输阻抗；z21为输出端口开路情况下的正向传输阻抗；z22为输入端口开路情况下的输出阻抗。

31、1-3：利用cold-fet截止法由下述(j)～(l)式分别提取栅极寄生电阻rg、漏极寄生电阻rd、源极寄生电阻rs的值；

32、rg＝re(z11-z12)               (j)；

33、rd＝re(z22-z12)              (k)；

34、rs＝re(z12)＝re(z21)(l)。

35、1-4：根据不同偏置条件下的inp hemt器件正常工作状态下测试得到的s参数，经过去嵌，并将其转换为y参数，且由下述(m)～(t)式分别提取，得到本征元件cgs、cgd、cds、ri、gds、gm、τ的参数值：

36、

37、

38、

39、gm＝|y21-y12|                      (p)；

40、

41、

42、

43、其中，cgd为栅极-漏极本征电容；cds为漏极-源极本征电容；cgs为栅极-源极本征电容；gm为跨导；rds为漏极输出电阻；ri为本征沟道电阻；τ为时间延迟；b为下述(u)式表示的中间变量：

44、

45、所述根据inp hemt器件的i-v曲线测试数据，提取eehemt直流模型参数，具体包括：

46、2-1：根据不同偏置下的gds/gm-vgs曲线确定vdso，根据曲线的斜率和截距分别确定γ、vch参数值，当vds＝vdso且vgs>vto时，

47、2-2：根据vds＝vdso时gm-vgs曲线，直接提取vgo、vco、gmmax。

48、2-3：根据转移特性曲线，ids＝10μa时的栅源偏压为vto。

49、2-4：根据i-v特性曲线，提取参数κ，即由下述(v)式计算的ids值：

50、

51、其中，κ为输出电导参数；ids为漏极电流；idso为饱和漏极电流；vsat为饱和漏电压。

52、所述根据inp hemt器件不同偏置条件下的s参数测试数据，提取eehemt交流模型参数，具体包括：

53、3-1：根据提取得到的本征跨导参数值，即为射频跨导，绘制射频跨导随偏置的变化关系，将其积分后得到交流状态下器件的i-v特性曲线。

54、3-2：同上述步骤2-1～2-4的直流模型参数提取过程，得到交流模型参数vtoac、gmmaxac、κac和γac。

55、所述根据inp hemt器件不同偏置条件下的s参数测试数据，得到栅极电容随偏置的变化曲线，提取eehemt电荷模型参数，具体包括：

56、4-1：将不同偏置条件下的inp hemt器件测试，得到的s参数去嵌，并将其转换为y参数，提取输入电容c11、转移电容c12参数值，绘制其随偏置的变化关系，所述输入电容c11由下述(w)式计算：

57、

58、所述转移电容c1由下述(x)式计算：

59、

60、其中，下标int代表本征网络。

61、4-2：根据下述(y)式栅极电荷随偏置的关系，直接提取c11o、c11th、δgs、vinfl、δds、c12sat、cgdsat参数值，并计算λ；

62、

63、其中，λ定义为c11-vds曲线的斜率；vinfl为c11达到最大时的栅源电压；c11th为当vds＝vdso时的最小输入电容；c11o为当vds＝vdso时的最大输入电容。

64、本发明与现有技术相比具有参数提取过程更加简便，且保证了模型的精度，无需利用拟合方法就能获得高精度的小信号等效电路模型参数、eehemt直流、交流及电荷模型参数，大大缩短了参数提取的时间，得到较为准确的仿真模型，使工作者能够在最短的时间内获得更多的模型参数，并节约建模成本，进一步提高了磷化铟高电子迁移率场效应晶体管的电路设计效率，具有良好的运用前景和商业开发价值。

技术实现思路