《GaN HEMT小信号等效电路模型的建立分析》1600字

第11页（共22页）GaNHEMT小信号等效电路模型的建立分析目录TOC\o"1-2"\h\u900GaNHEMT小信号等效电路模型的建立分析 1244731.1基本建模流程 141441.2小信号等效电路模型 2247331.3模型对比 41.1基本建模流程小信号等效电路的基本建模流程大致可以分为四步：a.确定电路拓扑结构；b.获得器件实测数据；c.参数提取与优化；d.模型验证。设计要求100MHz~10GHz频段模型误差<15%，若小于该误差则建模成功，若大于该误差则要修改模型。修改模型时首先尝试调整电路元件参数值，若仍然不能满足精度要求就要考虑修改电路的拓扑结构，流程框图如下：图2-1建模流程框图 建立小信号等效电路模型的第一步就是选择一个合适的电路拓扑结构，参数提取的策略和结果很大程度依赖于等效电路的拓扑结构，因此，选择一个合适的电路结构可以起到事半功倍的效果，所建立的拓扑结构应该在遵从器件物理结构特性的基础上，尽可能得到简便的提参策略。本设计选用18元件小信号等效电路模型，在“ColdFET”条件下，本征部分直接用一个RL并联的“T”型网络近似替代，采用优化的方式进行参数提取，这样可以大大简化电路模型以及参数提取的复杂度。第二步是获得GaNHEMT器件的实测数据，主要包括其在100MHz~10GHz不同偏置下的Z参数、Y参数及S参数等，可以利用矢量网络分析仪进行直接测量S参数，然后通过转换关系进行转化得到Y参数和Z参数。第三步是参数提取与优化，该部分主要利用器件实测数据的各个特征参数以及等效电路模型的特征参数表达式先粗糙地估计出参数初值，然后设定等效电路模型和实测数据特征参数趋近的目标，利用ADS的优化功能对参数值进行优化得到最终结果，若优化结果无法达到预期目标还可进行手动调谐。提取顺序是优先提取不受偏置影响的寄生参数，然后再固定寄生参数值，改变偏置，分别提取不同偏置条件下的本征参数值。最后检查精度是否符合要求，可以先通过史密斯圆图粗略地观察器件实测S参数和等效电路S参数的吻合程度，然后分别绘制S参数的实部与虚部数据曲线进一步进行验证，最后通过S参数具体值和误差计算公式进行误差的计算与分析。1.2小信号等效电路模型图2-2“ColdFET”小信号等效电路模型如图2-2所示，虚线框内的是本征部分，外围是非本征部分，寄生参数值与偏置无关，而本征参数值会随偏置的变化而变化。寄生部分包括4个寄生电容，3个寄生电感以及5个寄生电阻，在“ColdFET”条件下，GaNHEMT器件可以用一个简单的“T”型网络来表示，本征部分由模拟肖特基结的RC并联网络(Ry,Cy)和模拟有源通道的两个相同RC并联网络(Rch/2,2Cch)组成。其中，各元件物理意义分别是：（1）Cpgs：栅源端寄生电容；（2）Cpds：漏源端寄生电容；（3）Lg：栅极互连线寄生电感；（4）Ls：源极互连线寄生电感；（5）Ld：漏极互连线寄生电感；（6）Rg：栅极寄生电阻；（7）Rs：源极寄生电阻；（8）Rd：漏极寄生电阻；（9）Cpg：栅极外部PAD对地与PAD之间的耦合电容；（10）Cpd：漏极外部PAD对地与PAD之间的耦合电容；（11）Rpgs：栅源电阻；（12）Rpds：漏源电阻；1.3模型对比如图2-3,2-4,2-5分别是经典的14元件小信号电路模型，改进的22元件小信号电路模型，以及本文建立的18元件小信号电路模型。14元件小信号电路模型的优点是电路拓扑结构比较简单，小信号参数比较少，因此提取模型参数比较容易，但是该模型忽略了许多寄生效应，特别是高频下电容的分布效应，模型精度不够，不能很好地反应器件在高频下的工作状态。22元件小信号电路模型的优点是考虑得非常周全，预测了各种可能的寄生效应，模型的精度比较高，能够很好反应器件的工作状态，但缺点是该模型的电路拓扑结构比较复杂，小信号参数比较多，因此提取参数比较复杂，几乎无法通过测量推导得到模型参数，只能全盘交付优化算法完成这项工作。本文建立的18元件小信号电路模型是基于“ColdFET”条件下的，在该条件下，GaNHEMT器件可以用一个简单的“T”型网络来表示，于是本征部分由模拟肖特基结的RC并联网络(Ry,Cy)和模拟有源通道的两个相同RC并联网络(Rch/2,2Cch)组成，电路拓扑结构比较简单，可以通过推导计算