集成电路中场效应晶体管的寄生参数提取方法

文章来源：SPICE 模型

原文作者：若明

本文介绍了集成电路中场效应晶体管的寄生参数提取方法。  

栅极电阻的存在对电路性能的影响很大，会引入热噪声，增大电路的噪声系数，影响器件的开关速度和最大振荡频率，因此在版图设计时，要考虑尽可能地减小栅极电阻。

由于版图设计、工艺制成等因素导致寄生电阻的产生，对输入/输出阻抗匹配，噪声特性及振荡频率等都有很大影响。寄生电阻的提取精度会直接影响整体建模的精确性。

因此，如何精确地提取寄生电阻一直是学术界研究的热点问题之一。目前，常用的寄生电阻的确定方法主要包括：Cold-FET方法，正常偏置方法和截止状态方法。Cold-FET方法也是业界最常用的方法，今天就来介绍Cold-FET方法。

在图中展示的小信号等效电路模型中，Cold Pinchoff 和 Cold Forward 是两种常用的方法来提取场效应晶体管（FET）的寄生参数。这些参数对于精确建模和电路设计至关重要。下面我将详细解释这两种方法及其提取过程。  

Cold Pinchoff 方法

目的：提取寄生电容参数，包括 Cpg（栅极到衬底的电容）, Cpd（漏极到衬底的电容）和 Cpgd（栅极到漏极的电容）。

步骤：

设置偏置条件： 将FET偏置在冷夹断状态，即栅极电压Vg 低于夹断电压Vp，使漏极电流Id接近于零。

测量S参数： 在Cold夹断状态下，测量FET的S参数。

转换为Y参数： 将S参数转换为Y参数（导纳参数），因为Y参数直接与电容相关。

提取电容： 从Y参数中提取寄生电容：

Cold Forward 方法

目的：提取寄生电感和电阻参数，包括 Lg（栅极电感）、Ld（漏极电感）、Ls（源极电感）、Rg（栅极电阻）、Rd（漏极电阻）和 Rs（源极电阻）。

步骤：

设置偏置条件： 将FET偏置在冷正向状态，即栅极电压Vg 略高于阈值电压，使漏极电流Id很小但非零。

测量S参数： 在Cold正向状态下，测量FET的S参数。

转换为Z参数： 将S参数转换为Z参数（阻抗参数），因为Z参数直接与电阻和电感相关。

提取电阻和电感： 从Z参数中提取寄生电阻和电感：

总结

Cold Pinchoff 主要用于提取寄生电容，通过在冷夹断状态下测量S参数并转换为Y参数来实现。

Cold Forward 主要用于提取寄生电阻和电感，通过在冷正向状态下测量S参数并转换为Z参数来实现。

这两种方法提供了一种系统的方式来提取FET的寄生参数，从而可以更准确地进行电路设计和性能预测。