Altium DesignerでユーザーデータからSPICEモデルを作成する

Altium Designerの混合信号回路シミュレータを使用して回路設計をシミュレートするには、回路内のすべてのコンポーネントがシミュレーション準備ができている必要があります。つまり、各コンポーネントにはリンクされたシミュレーションモデルが必要です。

モデルの種類と入手方法は、主にコンポーネントによって、そしてある程度は設計者の個人的な好みによって異なります。多くのデバイスメーカーは、製造しているデバイスに対応するシミュレーションモデルを提供しています。通常、必要なモデルファイル（SPICE、PSpice®）をダウンロードして、回路図のコンポーネントに接続するだけです。

SPICEでのより基本的なアナログデバイスモデルの中には、モデルファイルを特別に必要とせず、モデルリンクを定義する際に単純なパラメータ値を指定するだけで済むものがあります（例：抵抗器、コンデンサ）。このタイプのモデルをコンポーネントに添付することは、選択して入力する（モデルタイプを選択し、関連するダイアログに直接パラメータ値を入力する）という単純なプロセスです。 一部のモデルは、必要なサブサーキットモデルファイル（*.ckt）を作成するために、階層的なサブサーキット構文を使用して一から書く必要があるかもしれません。

SPICEに組み込まれている特定のアナログデバイスモデルは、パラメトリックに高度な振る舞い特性を定義するためのモデルファイル（*.mdl）を関連付けることができます（例：半導体抵抗器、ダイオード、BJT）。このモデルファイルを手作業で作成し、必要な回路図コンポーネントに手動でリンクする作業はかなり骨の折れるものです。しかしもう心配無用です - Altium DesignerのSPICEモデルウィザードの登場です。ウィザードを使用すると、ユーザーが取得したデータに基づいてそのようなデバイスの特性を定義できます。直接入力されたパラメータ、または提供されたデータから抽出されたパラメータは、自動的にモデルファイルに書き込まれ、そのファイルは指名された回路図コンポーネントにリンクされます。

SPICEモデルウィザード

SPICEモデルウィザードは、アナログデバイスの範囲に対してSPICEシミュレーションモデルを作成し、リンクするための便利で半自動的なソリューションを提供します。これらのデバイスはSPICEに組み込まれているもの、またはリンクされたモデルファイル（*.mdl）が必要なものです。モデルの振る舞い特性は、ウィザードに供給する情報に基づいて定義されます。この情報の範囲は、モデルを作成したいデバイスのタイプによって異なり、モデルパラメータの単純な入力から、メーカーのデータシートから得られたデバイスデータの入力、または物理デバイス自体から得られた測定による入力まで様々です。
以下のセクションでは、ウィザードの使用方法について、アクセスから検証までを説明します。

ウィザードへのアクセス

Wizardは、スキーマティックライブラリドキュメント内に新しいコンポーネント（Wizardによって作成された）を作成したい場合に使用されます。Wizardにアクセスするには、メインメニューからツール » XSpiceモデルウィザードを選択します。この方法でWizardにアクセスすることで、以下を選択できます：

• サポートされているデバイスタイプのリストから、モデル化したい特定のデバイス（サポートされているデバイスタイプを参照）。
• その後生成されるSPICEモデルを、ライブラリドキュメント内の既存のコンポーネントに追加するか、Wizardによって作成されそのドキュメントに追加される新しいコンポーネントに追加するかを選択します。

サポートされているデバイスタイプ

Wizardは、以下のアナログデバイスタイプのSPICEモデルを作成するために使用できます：

• ダイオード
• 半導体キャパシタ
• 半導体レジスタ
• 電流制御スイッチ
• 電圧制御スイッチ
• バイポーラ接合トランジスタ (BJT)
• 損失のある伝送線路
• 一様分布RC伝送線路

モデルの命名

ウィザードのページを進む上で最も重要なステップの一つは、作成しているモデルに名前を付けることです。実際、名前を入力するまでウィザードのパラメータ定義ステージに進むことはできません。

作成後、この名前はSim Modelダイアログのモデル名フィールドに表示されます。モデルファイル自体もこの名前を使用して作成されます（ModelName.mdl）。

モデルに名前を付ける際には、短い説明を入力するオプションもあります。これはモデルの機能（例：半導体抵抗器）や、値や構成に関するより具体的な参照（例：NPN BJT）などが考えられます。

モデル化される特性

モデルに名前を付けた後、モデル化される特性を扱う1ページ以上に進みます。ウィザードによってサポートされるモデルタイプは、以下の2つのグループに分類されます：

• 様々なモデルパラメータの値を直接入力する必要があるモデル。詳細については、セクション「直接パラメータ入力によって作成されるデバイスモデル」を参照してください。

• 選択したデバイスの特性を定義するパラメータを抽出するためのデータの入力を必要とするモデル。入力されるデータは、物理デバイスからの直接の測定結果、またはメーカーのデータシートから得られます。詳細については、「データからパラメータ抽出によって作成されたデバイスモデル」セクションを参照してください。

モデルの生成

必要なデータ/パラメータの入力後、ウィザードは生成されたモデルを表示します（図5）。これがMDLファイルに保存される内容です。

図5. 生成されたモデルファイルの内容をプレビューする。

このページで直接モデルの編集が行え、モデル仕様を最大限にコントロールできます。

モデル定義に満足したら、次へをクリックしてウィザードの最後に進みます。完了をクリックすると、モデルを保存できます。Save SPICE Model File ダイアログを使用して、結果の MDL ファイルを保存する場所を決定します。デフォルトでは、ファイルは回路図ライブラリドキュメントと同じディレクトリに保存されます。この段階でファイル名を変更することもできます。

新しいコンポーネントにモデルを添付するように要求した場合、そのコンポーネントは作成されてライブラリドキュメントに追加されます。

モデルは自動的にコンポーネント（新規または既存）にリンクされますが、スキーマティックコンポーネントのピンとモデルのピンのマッピングを確認する習慣をつけるべきです。添付されたモデルのSim Modelダイアログにアクセスし、Port Mapタブをクリックして、ピンマッピングを確認し、必要に応じて変更を加えてください。

必要に応じて、Sim ModelダイアログのParametersタブでモデルの追加パラメータを定義してください。

直接パラメータ入力によって作成されたデバイスモデル

以下のデバイスモデルについて、ウィザードは入力されたデータからパラメータ情報を抽出しません。むしろ、これらのモデルは、関連するパラメータの値を直接入力することに基づいて作成されます。パラメータ値を入力する際には、いくつかの点を考慮する必要があります：

• パラメータの値が指定されていない場合、作成されるモデルファイルにそのエントリーは存在しません。この場合、SPICE内部に保存されているデフォルト値が使用されます。別の言い方をすると、モデルファイルにパラメータの値が指定されている場合、そのモデルファイルの値がそのパラメータのデフォルト値を上書きします。
• ウィザード内のパラメータのデフォルトエントリーが「-」で、そのパラメータに特に値が入力されていない場合、計算用にゼロのデフォルト値が使用されます（SPICE内部で）。

半導体キャパシタ

以下のパラメータは、ウィザードを使用してこのデバイスモデルに対して定義可能です。値を入力すると、そのパラメータが生成されたMDLファイルに書き込まれます。

CJ	接合部の底面容量（F/平方メートル）。
CJSW	接合部の側壁容量（F/メートル）。
DEFW	デフォルトのデバイス幅（メートル）。(デフォルト = 1e-6)。この値は、Sim ModelダイアログのParametersタブでWidthに入力された値によって上書きされます。
NARROW	側面エッチングによる狭窄（メートル）。(デフォルト = 0)。

半導体抵抗器

このデバイスモデルには、ウィザードを使用して定義可能な以下のパラメータがあります。値を入力すると、そのパラメータが生成されたMDLファイルに書き込まれます。

TC1	一次温度係数（オーム/℃）。 (デフォルト = 0)
TC2	二次温度係数（オーム/℃^2）。 (デフォルト = 0)
RSH	シート抵抗（オーム）。
DEFW	デフォルト幅（メートル）。 (デフォルト = 1e-6)。この値は、Sim ModelダイアログのParametersタブでWidthに入力された値によって上書きされます。
NARROW	側面エッチングによる狭窄（メートル）。 (デフォルト = 0)。
TNOM	パラメータ測定温度（℃）。値が指定されていない場合、Analyses SetupダイアログのSPICE OptionsページでTNOMに割り当てられたデフォルト値が使用されます (デフォルト = 27)。

電流制御スイッチ

このデバイスモデルには、ウィザードを使用して定義できる以下のパラメータがあります。値を入力すると、そのパラメータが生成されたMDLファイルに書き込まれます。

IT	しきい値電流（アンペア単位）。（デフォルト = 0）。
IH	ヒステリシス電流（アンペア単位）。（デフォルト = 0）。
RON	オン抵抗（オーム単位）。（デフォルト = 1）。
ROFF	オフ抵抗（オーム単位）。デフォルト = 1/GMIN。GMINは、解析設定ダイアログのSPICEオプションページで指定される高度なSPICEパラメータで、回路内の任意のデバイスの最小導電率（最大抵抗）を設定します。そのデフォルト値は1.0e-12モーで、ROFFのデフォルト値は1000Gオームです。

電圧制御スイッチ

このデバイスモデルには、ウィザードを使用して定義可能な以下のパラメータがあります。値を入力すると、そのパラメータが生成されたMDLファイルに書き込まれます。

VT	しきい値電圧（ボルト単位）。 (デフォルト = 0)。
VH	ヒステリシス電圧（ボルト単位）。 (デフォルト = 0)。
RON	オン抵抗（オーム単位）。 (デフォルト = 1)。
ROFF	オフ抵抗（オーム単位）。デフォルトでは、これは1/GMINに設定されます。GMINは、解析設定ダイアログのSPICEオプションページで指定される高度なSPICEパラメータ設定で、回路内の任意のデバイスの最小導電率（最大抵抗）を設定します。そのデフォルト値は1.0e-12モーであり、ROFFのデフォルト値を1000Gオームにします。

損失のある伝送線路

このデバイスモデルには、ウィザードを使用して定義できる以下のパラメータがあります。値を入力する（またはフラグを設定する）と、そのパラメータが生成されたMDLファイルに書き込まれます。

R	単位長さあたりの抵抗（オーム/単位）。 (デフォルト = 0)。
L	単位長さあたりのインダクタンス（ヘンリー/単位）。 (デフォルト = 0)。
G	単位長さあたりのコンダクタンス（モー/単位）。 (デフォルト = 0)。
C	単位長さあたりのキャパシタンス（ファラド/単位）。 (デフォルト = 0)。
LEN	伝送線の長さ。

REL	ブレークポイント制御（任意の単位）。(デフォルト = 1)。
ABS	ブレークポイント制御（任意の単位）。(デフォルト = 1)。
NOSTEPLIMIT	設定された場合、ライン遅延よりも小さい時間ステップを制限する制約を取り除くフラグ。(デフォルト = 設定されていない)。
NOCONTROL	設定された場合、畳み込み誤差基準に基づいて時間ステップを制限することを防ぐフラグ。(デフォルト = 設定されていない)。
LININTERP	設定された場合、遅延信号の計算にデフォルトの二次補間ではなく線形補間を使用するフラグ。(デフォルト = 設定されていない)。
MIXEDINTERP	設定された場合、二次補間が適用可能かどうかを判断する指標を使用し、適用できない場合は線形補間を使用するフラグ。(デフォルト = 設定されていない)。
COMPACTREL	畳み込みに使用される過去の履歴値の圧縮を制御するための特定の量。デフォルトでは、この量は相対シミュレーション誤差許容パラメータ（RELTOL）に指定された値を使用します。これは、Analyses SetupダイアログのSPICEオプションページで定義されています。
COMPACTABS	畳み込みに使用される過去の履歴値の圧縮を制御するための特定の量。デフォルトでは、この量は絶対電流誤差許容パラメータ（ABSTOL）に指定された値を使用します。これは、Analyses SetupダイアログのSPICEオプションページで定義されています。
TRUNCNR	設定された場合、時間ステップ制御ルーチンで適切な時間ステップを決定するためにニュートン・ラフソン反復法を使用するようになるフラグ。(デフォルト = 設定されていない、試行錯誤法が使用される – 前の時間ステップを毎回半分に切る)。
TRUNCDONTCUT	設定された場合、インパルス応答関連量の実際の計算での誤差を制限するためのデフォルトの時間ステップのカットを取り除くフラグ。(デフォルト = 設定されていない)。

一様分布RC伝送線

このデバイスモデルには、ウィザードを使用して定義可能なパラメーターがあります。値を入力すると、そのパラメーターが生成されたMDLファイルに書き込まれます。

K	伝搬定数。（デフォルト = 2）。
FMAX	関心のある最大周波数（ヘルツ単位）。（デフォルト = 1.0G）。
RPERL	単位長さあたりの抵抗（オーム/メートル単位）。（デフォルト = 1000）。
CPERL	単位長さあたりの容量（ファラド/メートル単位）。（デフォルト = 1.0e-15）。
ISPERL	単位長さあたりの飽和電流（アンペア/メートル単位）。（デフォルト = 0）。
RSPERL	単位長さあたりのダイオード抵抗（オーム/メートル単位）。（デフォルト = 0）。

データからパラメータ抽出によって作成されたデバイスモデル

ダイオードとBJTデバイスについて、ウィザードは入力したデータからパラメータ情報を抽出します。モデルファイルに含まれる特定のパラメータは、モデル化することを選択したダイオードまたはBJTの特定の特性に依存します。
データの入力方法は特性によって異なります。場合によっては直接データ値を入力する必要があり、他の場合はプロットデータの入力が必要です。いずれにせよ、すべてのデータは直接のデバイス測定、メーカーのデータシート、またはその両方から取得されます。

プロットデータの入力が必要な場合は、グラフィカルなソースデータから得られた一連のデータポイントを、ウィザードによって提供されるグリッドに入力します（図7）。データがカンマ区切り値（*.csv）形式で保存されている場合は、利用可能な「データのインポート」ボタンを使用してデータをインポートできます。ウィザードは、入力されたデータを使用して必要なモデルパラメータを抽出します。抽出の結果は、ウィザードの後続ページに、抽出されたパラメータ値自体と、入力されたデータと抽出されたパラメータを使用して計算された値の比較プロットの形で表示されます。図7は、そのようなパラメータ結果の表示の例を示しています。

図7. ウィザードが必要なモデルパラメータを抽出できるように、ソースデータを入力します。

抽出されたパラメータ値を編集して、ダイオードモデルの精度をさらに洗練させることができます。グラフィカルな比較は、変更を反映して更新されます。

ダイオード

以下のセクションでは、ダイオードデバイスにモデル化することができる各特性について詳しく説明します。各セクションでは、抽出されるパラメータと、その抽出を容易にするためにウィザードによって必要とされるソースデータについて議論します。

順方向バイアス時の電流流れ

以下のパラメータは、順方向バイアス領域におけるダイオードの直流電流-電圧特性を記述するために使用されます：

IS	飽和電流（アンペア単位）。
N	放射係数。
RS	オーム抵抗（オーム単位）。

これらのパラメータを抽出するためには、順方向ダイオード電流（IF）と順方向ダイード電圧（VF）のグラフが必要です。このグラフは、メーカーのデータシートから取得するか、物理デバイスでの測定によって取得することができます。 図8は、データシートから取得したこのようなグラフの例と、必要なソースデータを得るために直接測定が行える例示テスト回路を示しています。

 

図8. ダイオードの順方向バイアス領域におけるI-V特性の例示グラフと回路。

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。

逆バイアス時の接合容量

逆バイアス領域で動作する際のダイオードの容量を記述するために、以下のパラメータが使用されます：

CJO	ゼロバイアス接合容量（ファラド単位）。
M	グレーディング係数。
VJ	接合電位（ボルト単位）。

これらのパラメータを抽出するためには、逆バイアス容量（Cd）と逆ダイオード電圧（VR）のグラフが必要です。このグラフは、メーカーのデータシートから取得するか、物理デバイスでの測定によって取得することができます。 図9は、データシートから取得したこのようなグラフの例と、直接測定を行って必要なソースデータを取得できるテスト回路の例を示しています。後者は、容量計が利用できない場合に使用できます。

 

図9. 逆バイアス領域におけるダイオード容量の例示グラフと回路。

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。
図9の例示回路は次の方程式に基づいています：
I = C * (dv/dt).
この方程式をCについて解くと：
C = I/(dv/dt).
この回路は、ソースV1からの電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、方程式のdv/dt部分を得ることができます。測定されたダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることにより、ダイオード容量曲線を得ることができます。

逆バイアス電流の流れ

デバイスのブレークダウン後の逆バイアス電流の流れを記述するために、以下のパラメータが使用されます：

BV	逆方向降伏電圧（ボルト単位）。
IBV	降伏電圧時の電流（アンペア単位）。

これらのパラメータを抽出するために、ウィザードは以下の2つの値の入力を要求します：

• 逆方向降伏電圧の値

•  

• 逆方向降伏点でのダイオードを通る電流の値。
  これらの値は、メーカーのデータシートから取得するか、物理的なデバイスでの測定によって取得できます。データシートには通常、ダイオードの電気的（DC）特性が表形式で記載されているため、これらの値を見つけて、報告された通りに正確に入力するだけです。
  ソースデータがグラフィカルな場合 – 物理的なデバイスから直接取られた測定に典型的です – ダイオードが降伏し始める点でこれらの2つの値を「読み取る」必要があります。図10は、そのようなグラフの例を示しています。

図10. 逆方向のブレークダウン点での電流と電圧の値をグラフィカルに取得する。

グラフ上での表示に対して値が負である可能性がありますが、ウィザードの該当するフィールドに入力する際には、正の値のみを入力してください。

逆回復特性

以下のパラメーターは、ダイオードを順方向から逆方向バイアスに切り替える際の逆回復時間をモデル化するために使用されます：

TT	トランジット時間（秒単位）。

このデータの直接測定は可能ですが、ダイオードの通過時間が1E-9秒と非常に小さいため、特殊な機器が必要です。 このパラメータを抽出するために、ウィザードはダイオードの逆回復時間（Trr）の入力を要求します。これは、順方向電流が逆方向電流と等しい点（つまり、IR/IF=1）での値です。このデータは通常、スイッチングダイオードのメーカーデータシートに単純な数値データの形で見つかります。 図11は、メーカーのデータシートにおけるこの情報の見た目を示しています。図11において注目すべき値 – ウィザードに入力すべき値 – は4nsです。

図11. ダイオードの逆回復時間を得る方法。

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）

バイポーラ接合トランジスタ（BJT）モデルを作成する際、SPICEモデルウィザードでは、パラメータ情報を抽出するソースデータを選択する必要があります：

• 測定データ – ソースデータが物理デバイスの測定から来る場合、このオプションを選択し、DC動作のすべての側面を記述する正確なモデルを開発したい場合に選択します。
• メーカーデータシート – ソースデータがデータシートから来る場合、このオプションを選択します。データシートには通常、BJTデバイスのすべての側面をモデル化するために必要な情報レベルは含まれていません。しかし、通常は前方アクティブ領域でのみ使用するデバイスモデルを作成するのに十分な情報を含んでいます。

これら二つのオプションの違いは主に、BJTのDC電流-電圧特性をモデリングするパラメータが抽出される方法に影響します。逆バイアス接合容量と通過時間に関しては、二つの間でパラメータが抽出される方法は同一です。
以下のセクションでは、BJTデバイスにモデル化することができる各特性と、ソースデータ（測定データまたはデータシート）の種類に関連して詳細を説明します。各ケースで抽出されるパラメータと、その抽出を容易にするためにウィザードが要求するソースデータについて議論されます。

測定データを使用した特性のモデリング

以下の特性は、物理デバイスに直接行われた測定から取得したデータを使用してモデル化することができます。

順バイアスパラメータ

以下のパラメータは、順バイアス領域におけるBJTのDC電流-電圧特性を記述するために使用されます：

IS	トランスポート飽和電流（アンペア単位）。
BF	理想の最大順方向ベータ。
NF	順方向電流放出係数。
RB	ゼロバイアスベース抵抗（オーム単位）。
RC	コレクタ抵抗（オーム単位）。
RE	エミッタ抵抗（オーム単位）。
IKF	順方向ベータの高電流ロールオフのためのコーナー（アンペア単位）。
ISE	B-Eリーク飽和電流（アンペア単位）。
NE	B-Eリーク放出係数。
VAF	順方向アーリー電圧（ボルト単位）。

以下のセクションでは、ウィザードがこれらのパラメータを抽出するために必要な測定データについて詳しく説明します。 ベース-エミッタ電圧対ベース電流 このデータは、RCパラメータの初期抽出に使用されます。図12は、ベース-エミッタ電圧（VBE）対ベース電流（IB）の例示グラフと、データを取得するために測定が行われる例示テスト回路を示しています。この回路は、ベースに電流を強制しながら、開回路ベース-エミッタ電圧を測定します。

図12. VBE対IBの例示グラフと回路。

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。

コレクター-エミッター電圧対ベース電流

このデータは、REパラメータの初期抽出に使用されます。図13は、コレクター-エミッター電圧（VCE）対ベース電流（IB）の例グラフと、データを取得するために測定が行われる例のテスト回路を示しています。この回路は、ベースに電流を強制的に流し込みながら、開回路のコレクター-エミッター電圧を測定します。

図13. VCE対IBの例グラフと回路。

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。

フォワードガンメルプロット

このデータは主にIS、BF、NF、RB、IKF、ISE、NEパラメータを抽出するために使用されます。また、RC、RE、VAFパラメータの最適化にも使用されます。図14は、グンメルプロットの例と、データを取得するために測定が行われるテスト回路の例を示しています。グンメルプロットは以下を示しています：

• ベース電流対ベース-エミッタ電圧（IB 対 VBE）

• コレクタ電流対ベース-エミッタ電圧（IC 対 VBE）。

• ベース-コレクタ電圧（VBC）はゼロボルトに保持されます。

図14. 例示されたフォワードガンメルプロットとテスト回路。

データは、ソースガンメルプロットから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。生のIBおよびIC値を入力する必要があります - ウィザードは曲線データにLN関数を適用します。

コレクタ電流対ベース-エミッタ電圧

このデータは、VAFパラメータの初期抽出に使用されます。図15は、コレクタ電流（IC）対ベース-エミッタ電圧（VBE）の例示グラフと、データを取得するために測定が行われる例示テスト回路を示しています。この回路は、2つの異なるベース-コレクタ電圧（VBC）の値に対して、IC対VBEの2つの曲線を生成するために使用されます。曲線は、可能な限り低い電流で、そしてVBCを実用的にゼロボルトに近づけるように測定されるべきです。

図15. VBE対ICの例示グラフと回路。

データはウィザードに2つのテーブルにデータポイントのシリーズとして入力されます – それぞれのソースデータカーブに対して一つずつです。VBCの値もそれぞれのケースで入力する必要があります。

逆バイアスパラメータ

以下のパラメータは、逆バイアス領域におけるBJTの直流電流-電圧特性を記述するために使用されます：

IS	トランスポート飽和電流（アンペア単位）。
BR	理想的な最大逆ベータ。
NR	逆電流放出係数。
RB	ゼロバイアスベース抵抗（オーム単位）。
RC	コレクタ抵抗（オーム単位）。
RE	エミッタ抵抗（オーム単位）。
IKR	逆ベータの高電流ロールオフのためのコーナー（アンペア単位）。
ISC	B-Cリーク飽和電流（アンペア単位）。
NC	B-Cリーク放出係数。
VAR	逆アーリー電圧（ボルト単位）。

以下のセクションでは、ウィザードがこれらのパラメータを抽出するために必要な測定データについて詳しく説明します。
RCパラメータの初期値を抽出するために必要なデータについては、前のセクション「ベース・エミッタ電圧対ベース電流」を参照してください。
REパラメータの初期値を抽出するために必要なデータについては、前のセクション「コレクタ・エミッタ電圧対ベース電流」を参照してください。

逆グンメルプロット

このデータは主にIS、BR、NR、RB、IKR、ISC、NCパラメータを抽出するために使用されます。また、RC、RE、VARパラメータの最適化にも使用されます。図16は、グンメルプロットの例と、データを取得するために測定が行われるテスト回路の例を示しています。グンメルプロットは以下を示しています：

• ベース電流対ベース-コレクタ電圧 (IB 対 VBC)
• エミッタ電流対ベース-コレクタ電圧 (IE 対 VBC)
  ベース-エミッタ電圧 (VBE) はゼロボルトに保持されます。

図16. 逆グンメルプロットとテスト回路の例。

データは、ソースグンメルプロットから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。生のIBおよびIE値を入力する必要があります - ウィザードは曲線データにLN関数を適用します。

エミッタ電流対ベース-コレクタ電圧

このデータは、VARパラメータの初期抽出に使用されます。図17は、エミッタ電流(IE)対ベース-コレクタ電圧(VBC)の例示グラフと、データを取得するために測定が可能な例示テスト回路を示しています。この回路は、2つの異なるベース-エミッタ電圧(VBE)の値に対して、IE対VBCの2つの曲線を生成するために使用されます。曲線は、可能な限り低い電流で、そしてVBEを実用的にゼロボルトに近づけて測定されるべきです。

図17. IE対VBCの例示グラフと回路。

データは、2つのソースデータカーブごとに1つずつ、2つのテーブルにデータポイントのシリーズとしてウィザードに入力されます。各ケースでVBEに使用される値も入力する必要があります。

メーカーのデータシートからのデータを使用した特性のモデル化

メーカーのデータシートから取得したデータを使用する場合、以下の特性をモデル化できます。

順方向バイアスパラメータ

以下のパラメータは、順方向バイアス領域におけるBJTのDC電流-電圧特性を記述するために使用されます：

IS	トランスポート飽和電流（アンペア単位）。
BF	理想の最大順方向ベータ。
NF	順方向電流放出係数。
RE	エミッタ抵抗（オーム単位）。
IKF	順方向ベータの高電流ロールオフのためのコーナー（アンペア単位）。
ISE	B-Eリーク飽和電流（アンペア単位）。
NE	B-Eリーク放出係数。

以下のセクションでは、ウィザードがこれらのパラメータを抽出するために必要なデータについて詳しく説明します。 ベース-エミッタ電圧対コレクタ電流 データシートには通常、これらの曲線が「強制ベータ」または「飽和」状態で記載されています。 このデータは、IS、NF、RE、IKFのパラメータを抽出するために使用されます。図18は、データシートから得られたベース-エミッタ電圧（VBE）対コレクタ電流（IC）の例示グラフを示しています。

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。生のIC値を入力する必要があります - ウィザードは曲線データにLN関数を適用します。
曲線の強制ベータ比（β = IC/IB）の値も入力する必要があります。図18の例のプロットでは、この値はグラフの左上に表示されているため、値10を入力します。

コレクタ電流に対するDC電流利得

このデータは、BF、NE、ISE、およびIKFパラメータを抽出するために使用されます。図19は、データシートから得られたコレクタ電流(IC)に対する直流電流増幅率(hFE)の例示グラフを示しています。
データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。正確さのために、直流電流増幅率については、コレクタ電流の低、中、高の値に対して値を入力する必要があります。

フォワードアーリーボルテージ

以下のパラメータは、グンメル・プーントランジスタモデルにおけるベース幅変調の効果をモデル化するために使用されます：

VAF	順方向アーリーボルテージ（ボルト単位）。

このパラメータを抽出するには、出力アドミッタンス（hOE）対コレクタ電流（IC）の曲線から点を入力する必要があります。図20は、そのような曲線の例を示しています。

カーブ上の任意の値を読み取ります。図20の例では、IC = 1mA と hOE = 30μmhos を読み取ることができます。
通常、データは表形式で表示され、その例を図21に示します。

図21. 出力アドミタンスの表形式の例。

図21における関心のある値 - そしてウィザードに入力すべき項目 - は、コレクタ電流が1mA、出力アドミッタンスが30μmhos（通常は最大値が使用されます）です。

測定またはメーカーデータを使用してモデル化された特性

以下の特性は、メーカーのデータシートから、または物理デバイスの直接測定から取得したデータを使用してモデル化できます。

ベース-エミッタ容量

以下のパラメータは、ベース-エミッタ接合の逆バイアス接合容量を記述するために使用されます：

CJE	B-E ゼロバイアス空乏容量（ファラド単位）。
MJE	B-E 接合指数関数係数。
VJE	B-E 内蔵電位（ボルト単位）。

これらのパラメータを抽出するためには、逆バイアスされたB-E接合容量（Cj）と電圧特性（VBE）のグラフが必要です。容量計が利用できない場合は、図22の例示テスト回路を使用してデータを取得できます。図22には、そのような回路から得られた例示グラフも示されており、VBEとCjをそれぞれ時間に対してプロットしています。これらのグラフから、時間に対応する点でのVBEとCjの値を簡単に読み取ることができます。

図22. 逆バイアスB-E接合容量のための例示回路とグラフ

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。
図22の例示回路は次の方程式に基づいています：
I = C * (dv/dt).
この方程式をCについて解くと：
C = I/(dv/dt).
この回路はソースV1からの電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、方程式のdv/dt部分を得ることができます。測定されたダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることにより、ダイオード容量曲線を得ることができます。図22の2つのグラフは、次のように回路に関連しています：

• 上のグラフ – VBEはV1です
• 下のグラフ – Cjはq1[ie]/(dV1/dt)です。

ベース-コレクタ容量

以下のパラメーターは、ベース-コレクタ接合部の逆バイアス接合容量を記述するために使用されます：

CJC	B-C ゼロバイアス空乏容量（ファラド単位）。
MJC	B-C 接合指数関数係数。
VJC	B-C 内蔵電位（ボルト単位）。

これらのパラメータを抽出するためには、逆バイアスされたB-C接合容量（Cj）と電圧特性（VBC）のグラフが必要です。容量計が利用できない場合、図23の例示テスト回路を使用してデータを取得できます。図23には、そのような回路から得られた例示グラフも示されており、VBCとCjをそれぞれ時間に対してプロットしています。これらのグラフから、時間に対応する点でのVBCとCjの値を簡単に読み取ることができます。

図23. 逆バイアスB-C接合容量のための例示回路とグラフ データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。

図23の例示回路は次の方程式に基づいています：
I = C * (dv/dt).
この方程式をCについて解くと：
C = I/(dv/dt).
この回路は、ソースV1からの電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、方程式のdv/dt部分を得ることができます。測定されたダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることにより、ダイオードの容量曲線を得ることができます。図23の2つのグラフは、次のように回路に関連しています：

• 上のグラフ – VBCはV1です
• 下のグラフ – Cjはq1[ic]/(dV1/dt)です。

コレクター-サブストレート容量

以下のパラメーターは、コレクター-サブストレート接合の逆バイアス接合容量を記述するために使用されます：

CJS	ゼロバイアスのコレクター-サブストレート容量（ファラド単位）。
MJS	サブストレート接合の指数関数係数。
VJS	サブストレート接合の内蔵電位（ボルト単位）。

これらのパラメータを抽出するためには、逆バイアスされたC-S接合容量（Cj）と電圧特性（VCS）のグラフが必要です。容量計が利用できない場合は、図24の例示テスト回路を使用してデータを取得できます。図24には、そのような回路から得られた例示グラフも示されており、VCSとCjをそれぞれ時間に対してプロットしています。これらのグラフから、時間に対応する点でのVCSとCjの値を簡単に読み取ることができます。

図24. 逆バイアスC-S接合容量のための例示回路とグラフ

データは、ソースグラフから得られた一連のデータポイントとしてウィザードに入力されます。
図24の例示回路は次の方程式に基づいています：
I = C * (dv/dt).
この方程式をCについて解くと：
C = I/(dv/dt).
この回路は、ソースV1からの電圧ランプを生成します。このランプ電圧の傾きを計算することで、方程式のdv/dt部分を得ることができます。測定されたダイオード電流をランプ電圧の傾きで割ることにより、ダイオードの容量曲線を得ることができます。図24の2つのグラフは、次のように回路に関連しています：

• 上のグラフ – VCSはV1です
• 下のグラフ – Cjはq1[is]/(dV1/dt)です。

通過時間

以下のパラメーターは、BJTの通過時間を記述するために使用されます：

TF	理想的な順方向通過時間（秒単位）。
TR	理想的な逆方向通過時間（秒単位）。

これらのパラメータを抽出するために、ウィザードはトランジスタの単位利得周波数（fT）の入力を必要とします。これは、トランジスタの電流利得が1になる周波数です。このデータは通常、メーカーのデータシートに単純な数値データの形で見つかります。
図25は、メーカーのデータシートにおけるこの情報の見た目を示しています。図25での関心のある値 - ウィザードに入力されるべき値 - は100MHzです。

図24. シムモデルダイアログから直接ウィザードにアクセスする。

ウィザードによって抽出されないパラメータ

以下のパラメータは、測定データから抽出するのが難しく、メーカーのデータシートにも通常含まれていません。これらはウィザードによって抽出されることもなく、BJTの結果のモデルファイルにも追加されません。MDLファイルには存在しませんが、SPICEはこれらのパラメータを使用してBJTデバイスのシミュレーションを行います - その際、内部のデフォルト値を使用します。参考のために、以下にこれらのデフォルト値を記載します。

IRB	ベース抵抗が最小値の半分に落ちる電流（アンペア単位）。(デフォルト = 無限大)。
RBM	高電流時の最小ベース抵抗（オーム単位）。(デフォルト = RB)。
XTF	TFのバイアス依存性の係数。(デフォルト = 0)。
VTF	TFのVBC依存性を記述する電圧（ボルト単位）。(デフォルト = 無限大)。
ITF	TFに対する高電流パラメータ（アンペア単位）。(デフォルト = 0)。
PTF	freq=1.0/(TF*2PI)Hzでの余分な位相（度単位）。(デフォルト = 0)。
XCJC	内部ベースノードに接続されたB-C枯渇容量の割合。(デフォルト = 1)。
XTB	順方向および逆方向のベータ温度指数。(デフォルト = 0)。
EG	ISの温度効果に関するエネルギーギャップ（eV単位）。(デフォルト = 1.11)。
XTI	ISに対する効果の温度指数。(デフォルト = 3)。
KF	フリッカーノイズ係数。(デフォルト = 0)。
AF	フリッカーノイズ指数。(デフォルト = 1)。
FC	順方向バイアス枯渇容量式の係数。(デフォルト = 0.5)。
TNOM	パラメータ測定温度（℃単位）。(このパラメータのデフォルト値は、解析設定ダイアログのSPICEオプションページで入力されたTNOMパラメータの値と同じです。このエントリーのデフォルト値は27℃です)。

もちろん、必要に応じて使用したい値を指定して、これらのパラメーターをMDLファイルに手動で追加することができます。