回路シミュレーション

SPICEデバイスモデル：ダイオードの例　その1

2019.01.29

この記事のポイント

・SPICEモデルの形式には、「デバイスモデル」と「サブサーキットモデル」の2種類がある。

・SPICEデバイスモデルでは、モデルの各パラメータ値を設定する。

SPICEでシミュレーションに使うモデルには、デバイスモデルとサブサーキットモデルがあることを前回説明しました。今回から2回にわたり、ダイオードを例にしてデバイスモデルの詳細を説明します。

SPICEデバイスモデル：ダイオードの動作原理

これからSPICEのデバイスモデルがどのように構築されているか、ダイオードを例に説明していきます。そのために、最初にダイオードの動作原理をおさらいします。半導体の理論が出てきますが、ポイントはデバイスモデルがどんなパラメータによって構成されているかということなので、無理に理論自体を理解しなくても大丈夫です。

以下の図は、シリコンダイオードの基本動作原理を示しています。ダイオードにバイアスをかけると、空乏層内の電場が弱まり、キャリアの拡散が起こって電流が流れます。また、ダイオードの順方向電流Idと、空乏層容量Cjは以下の式で表すことができます。

SPICEデバイスモデルを理解するためのダイオード動作原理の確認,SPICEデバイスモデルを理解するためのダイオードの理論式。

ダイオードのパラメータ

以下の図はダイオードの等価回路です。順方向電流IF（前出の式ではId）、空乏層容量Cj、そして、寄生抵抗成分RSが示されています。前出の式にダイオードのパラメータ（表参照）を代入すると、モデル式は以下のようになります。

SPICEデバイスモデルを理解するためのダイオードの等価回路。

モデル式は、基本的に半導体の理論式と同じになります。デバイスモデルにおいては、これらのパラメータ値を設定していきます。

SPICEデバイスモデル：ダイオードのデバイスモデル実例

実際のダイオードのデバイスモデルを示します。これはロームが提供しているものです。

ダイオードのSPICEデバイスモデルの例,SPICEデバイスモデルの記述ルール。

記述ルールの箇条書きにもありますが、アスタリスク「*」から始まっているのはコメントアウトです。モデルの簡単な説明など任意です。この例では、「.MODEL」からが実際の内容になります。「＋」から始まる行は、パラメータの値を設定しています。デバイスモデルの記述とパラメータ表を比べてみてください。パラメータの設定がデフォルト値で良い場合は記述する必要はありません。

（その2に続く）