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PSP被选定为CMOS晶体管模型的新标准
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在历经数月激烈且常常充满火药味的争论后,紧凑模型委员会(CMC)已经选定了一种新的CMOS晶体管模型行业标准。该模型由宾州州立大学和飞利浦电子公司联合开发,因而称为PSP模型。现在,PSP模型接替数年来执行的BSIM3和BSIM4标准,成为最新的行业标准。

   PSP模型是一种表面电势(surface-potential)模型。与其它可选模型相比,人们认为表面电势模型更接近晶体管物理行为,并能够就IC性能做出更好的预测。它允许模型对栅极泄漏和量子力学效应(QME)加以考虑,随着CMOS技术的日渐精微,这些因素变得益发重要。PSP模型的支持者称,该模型基于CMOS晶体管工作的基础物理特征,能以较其它模型更少的参数进行工作。

   CMC的主席Josef Watts介绍,虽然技术专家认为在90nm及以下节点BSIM4会是一个非常不错的模型,但是BSIM4本身的缺陷在某些模拟应用中会引发问题,即便在180和130nm节点也不例外。Watts认为,BSIM3和BSIM4基于阈值电压的概念是引发此类问题的原因。

   作为一种表面电势模型,PSP并没有使用基于电压模型所具有的特定假设。所以,从物理角度而言,PSP是一个更为正确的模型,特别是在源极和漏极围绕零偏置进行操作,或者是栅极偏置电压临近阈值电压的时候,情况更是如此,Watts表示。
表面电势模型更接近晶体管物理行为

   去年5月,CMC决定在PSP模型和HiSIM-RF表面电势Spice模型(由日本广岛大学开发)之间进行标准化的最终选择,从而引发了两者之间的争论。两大阵营为了各自的模型针锋相对,最终CMC的31位成员进行投票,PSP以17:14胜出。

   熟悉CMC流程的人士透露,辩论时常常发生激烈的争吵,但Watts却表示,当CMC决定在两个或多个方案中进行唯一选择时,发生这种事情很正常。“当一种模型在我们看来已经足够成熟,可以成为一种标准的时候,有些人早已为其投入了大量的心血。”Watts说。大家为各自的模型苦争不休,原因就在于获胜一方可以获得既得权利,他表示。

  围绕这一争论出现了几个问题,Watts介绍,其中包括这样的事实,那就是日本和美国公司绝大部分都支持自己国家开发的模型。他说,最终争论下降成为一种哲学问题:HiSIM模型基于交互式解决方案;而PSP模型则基于分析解决方案。“两种模型都能产生很好的结果。”Watts表示,“但是究竟选那个,就是哲学方面的原因。”

   飞利浦研究所的器件建模部门主管Reinout Woltjer在一项声明中表示:“因为CMOS在纯数字芯片制造之外还承担了新角色,所以业界能够拥有一种在所有电路条件下(包括RF和模拟电路行为)都能正确预测晶体管性能的独立模型至关重要。通过将PSP模型建立在晶体管工作的基本物理特征之上,在从直流到超过50GHz频率的整个工作频段内,该模型都能提供非常准确的结果。”

   结束PSP模型选择之后,CMC接下来还就是以C语言(BSIM一直采用C)还是以Verilog-A语言发布新模型进行了讨论。最终,CMC选择了Verilog-A,当然同样有一些人对此不太满意。

   Silvaco曾资助并努力推动HiSIM模型成为标准,该公司的营销副总裁Kenneth Brock将采用Verilog-A语言发布模型描述为:“在趟不知深浅的水。”

   但是Watts和其他人却对这些不以为然,他们强调,通过飞利浦的Simkit软件环境可以得到PSP模型的C语言版本。“虽然将Verilog-A用于紧凑模型相对比较新鲜,但我们是在听取多个CMC成员成功地将该方法用于多个模型之后,才做出了这个决定。”Watts表示。

   在这场PSP与HiSIM的争论中,供应商们(包括Silvaco在内)无论之前站在哪一边,现在都及时调整自己的立场以便从PSP的胜出中获益。Silvaco的CEO Ivan Pesic表示,虽然他认为HiSIM-RF更胜一筹,但是Silvaco在PSP技术方面走在了对手前面,并计划马上推出一款“完美”的PSP模型。

   就在Ivan表态的第二天,Xpedion设计系统公司也宣布已经与宾州州立大学的Gennady Gildenblat教授(协助开发PSP模型)展开了合作,为Xpedion的建模服务提供PSP参数提取。Xpedion公司表示,其公司通过与Gildenblat的合作,已经开发出首项商用PSP参数提取技术。