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2020.02.19 시뮬레이션

SPICE Sub-circuit 모델 : MOSFET 예 – 제1장

전자 회로 시뮬레이션의 기초

「다이오드 예 – 제1장, 제2장」에서는 다이오드를 예로 들어 SPICE의 디바이스 모델에 대해 설명했습니다. 이번 편에서는 2회에 걸쳐 MOSFET를 예로 들어 SPICE Sub-circuit 모델에 대해 설명하겠습니다.

SPICE의 Sub-circuit 모델 (복습)

디바이스 모델과 Sub-circuit 모델의 기본 구성에 대해서는 「SPICE 모델의 종류」 편에서 이미 설명했지만, Sub-circuit 모델은 조금 복잡하므로, 간단히 복습하겠습니다.

Sub-circuit 모델은 회로로서의 모델이며, 모델 내용에는 회로 접속 정보나 디바이스 모델 등이 포함됩니다.

상기의 Nch MOSFET와 다이오드를 조합한 Sub-circuit 모델의 예에는 회로 접속, MOSFET의 디바이스 모델, 다이오드의 디바이스 모델이 기술되어 있습니다. 「모델 내부 회로 접속」은, Instance명과 접속 단자, 모델명으로 구성되어 있습니다. 모델 내용에는 MOSFET 「M1」과 다이오드 「D1」의 접속이 기술되어 있습니다.

실제의 Sub-circuit 모델 예

앞에서의 설명은 이해하기 쉽도록 간이 모델을 사용하였지만, 이제부터는 실제의 Sub-circuit 모델을 사용하여 설명하겠습니다. 하기는 로옴의 Nch MOSFET의 Sub-circuit 모델의 회로와 회로 접속에 대한 기술 (記述)입니다. 앞에서 설명한 예에서는 M1이라는 MOSFET의 디바이스 모델이 나왔습니다. 디바이스 모델이 있는데도 불구하고, 「MOSFET의 Sub-circuit 모델」이 나오는 이유는, 디바이스 모델은 거의 이상적인 모델이므로, 현실적인 MOSFET의 특성은 베이스가 되는 MOSFET 디바이스 모델에 기생 성분이나 온도 특성 등을 추가한 Sub-circuit 모델이 사용되는 경우가 많기 때문입니다. 물론, 전원 IC에 필요한 부품을 접속하여 전원으로서 동작하는 회로 등의 Sub-circuit 모델도 많지만, 여기에서 예로 들기에는 너무 복잡하므로, MOSFET의 Sub-circuit 모델을 예로 들어 설명하겠습니다.

먼저, M1에서 R2까지의 각 접속에 대한 기술 (記述)과 회로도의 노드 번호를 확인하여 주십시오. 기술의 의미는 쉽게 알 수 있을 것입니다.

이 Sub-circuit 모델은, 베이스가 되는 MOSFET M1에 대해, 귀환 용량, 게이트 저항, 보디 다이오드, ON 저항 Ron의 온도 특성을 부여하는 저항을 접속하여, 현실적인 MOSFET에 가까운 특성을 나타낸 SPICE 모델입니다.

그리고, 하기는 이 Sub-circuit 모델의 모든 파라미터 기술입니다. 상기의 접속 정보와 더불어, MOSFET, 다이오드, 저항의 디바이스 모델의 기술로, Sub-circuit 모델이 구성되어 있습니다. 표는 각 디바이스 모델의 파라미터입니다.

참고로, 우수한 SPICE 모델, 즉 현실적인 특성을 나타내는 SPICE 모델을 작성하기 위해서는, Sub-circuit 모델에 어떻게 현실적 특성을 반영할 것인가에 대한 노하우가 필요합니다. 이는 제공처에 따라 다르므로, 시뮬레이션 결과와 실제의 특성을 비교하는 등, 완성 레벨을 확인하는 것도 중요합니다.

(제2장으로 이어짐)

키 포인트

・SPICE 모델의 형식에는 「디바이스 모델」과 「Sub-circuit 모델」의 2종류가 있다.

・Sub-circuit 모델은 접속 정보 및 디바이스 모델로 구성된다.

・Sub-circuit 모델은 이상적인 특성을 지닌 디바이스 모델에 현실적인 특성을 반영하거나, 특정 기능의 회로 등을 구성할 수 있다.