基于物理特性的射频晶体管简洁模型研究

摘要

随着集成电路的快速发展，硅锗异质结双极型晶体管（SiGe HBT）因其渡越时间短，低温性能好，电流增益大，低成本以及能与传统的硅工艺相兼容等特性被广泛的应用于雷达系统以及无线通信电路中。因此，关于射频晶体管SiGe HBT高频噪声的建模一直以来是人们研究的热点。为了大大地提高模型的精度，人们通常会在建模的时候考虑晶体管的物理特性。然而包含物理特性的SiGe HBT高频噪声模型又会因其结构复杂而无法直接被仿真软件使用，这就使得人们所建的高频噪声模型在应用方面有了很大的局限性。所以为了克服这一问题，我们需要对所建的噪声模型进行简化处理得到其简洁模型，再利用Verilog-A语言将其嵌入到仿真软件中。这样不仅提高了所建噪声模型的实用性，同时也让模型设计者大大地缩短了模型在后期更新时所需要的时间。本文重点研究了包含非准静态效应的SiGe HBT高频等效噪声简洁模型。主要内容可以分为以下几个方面： SiGe HBT小信号等效电路模型是建立SiGe HBT高频等效噪声的基础。因此，我们先确定了包含非准静态的SiGe HBT等效电路结构，再针对现有的Van vliet模型的不足对其进行改善，最终确定了我们所建的SiGe HBT高频等效噪声模型。由于所建的噪声模型无法直接用Verilog-A语言嵌入到仿真软件中，所以我们在模型中引入了模型参数，并利用噪声功率谱密度矩阵对其进行转换与近似从而得到简洁模型。 最后，用Verilog-A语言对所建的简洁模型进行编程，将所编的程序嵌入到仿真软件ADS中进行四噪声参数的仿真，将仿真结果与基于精确物理模型计算得到的四噪声参数结果以及常见的几种模型的四噪声参数仿真结果进行对比，验证所建简洁模型的实用性与精确性。

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1　绪论

1.1　研究背景与意义

1.2　SiGe HBT高频等效噪声建模的研究现状

1.2.1　常见的SiGe HBT的高频等效噪声电路结构

1.2.2　SPICE模型

1.2.3 Transport模型

1.2.4 Van vliet模型

1.3　本论文研究内容

2 射频SiGe HBT等效噪声源的精确物理模型

2.1　SiGe HBT小信号等效电路拓扑的确定

2.2　基于修正的Van vliet模型的高频等效噪声建模

2.3 高频等效噪声模型的验证

2.3.1 基于S参数的小信号等效元件参数值的提取

2.3.2 高频等效噪声模型仿真结果的对比与分析

2.4　本章小结

3　实用的射频SiGe HBT等效噪声源的简洁模型

3.1 高频等效噪声简洁模型的确定

3.2 噪声功率谱密度转换矩阵的提出

3.3 简洁模型的Verilog-A语言的实现

3.4　本章小结

4　射频SiGe HBT等效噪声源的简洁模型的嵌入与验证

4.1 高频等效噪声源的简洁模型的ADS2014嵌入

4.2 基于ADS的简洁模型的四噪声参数的仿真与验证

4.3 本章小结

结　　论

致　　谢

参考文献

附　　录

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果