En este artículo voy a hacer hincapié en las diferencias fundamentales entre parámetros scattering y modelos spice.
Existen muchos tipos de modelos spice con distintos tipos de precisión de modelado y orientados a representar el comportamiento de dispositivos de diferentes tipos en distintos rangos de tensiones, corrientes y temperaturas operativas. Por ejemplo, tanto en Electrónica II como en Diseño de Circuitos y Sistema Electrónicos, se ha hecho mucho énfasis en el modelo spice de nivel 1 para MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor), un modelo muy sencillo pensado más para los cálculos manuales y dirigido al modelado de dispositivos de canal largo.
Este modelo sencillo se ha utilizado como punto de partida en Transmisión por Radiofrecuencia y se han investigado sus limitaciones en el caso de dispositivos de canal corto ampliándolo con un nuevo juego de ecuaciones que tengan en cuenta de uno de los efectos de canal corto (short channel effects) más importantes: la saturación de la velocidad de los portadores mayoritarios en el canal (velocity saturation).
Un modelo es pues, como se ha visto con mucho detalles en las clases teóricas, un conjunto de ecuaciones específicas para un dispositivo dado (transistor bipolar, transistor MOS, etc.) que operan sobre una serie de parámetros que dependen de la tecnología y que están incluidos en un fichero de modelo (en el caso de la asignatura Transmisión por Radiofrecuencia se utiliza, por ejemplo, un modelo spice de nivel 8 para un proceso de fabricación de 0.35μm cuyo parámetros se hallan en el fichero de tecnología Trf_035.lib que se halla en la carpeta compartida de OpenClass con el material del curso).
Cada modelo disponible está orientado a modelar el comportamiento de un dispositivo en condiciones operativas distintas. Por ejemplo, algunos modelos sencillos asumen condiciones operativas estáticas, es decir, están orientados a capturar el comportamiento del dispositivo asumiendo que las condiciones de polarización (las tensiones en los bornes del dispositivo) se mantienen constantes con el tiempo; otros modelos, orientados más al modelado de dispositivos de potencia (que manejan señales grandes y tienen un comportamiento fuertemente no lineal) pueden incluir otros efectos como constante de tiempo e inercia térmicas.
Por otro lado, los parámetros scattering (S-parameters) son algo completamente diferente se trata de una serie de datos (data set), normalmente medidos de forma experimental, que "capturan" el comportamiento de un dispositivo dado para unas condiciones de polarización (tensión en sus bornes y corrientes) específicas a distintas frecuencias operativas. Por consiguiente, para realizar un modelado completo utilizando parámetros scattering es necesario disponer de distintos data sets calculados para todas las posibles condiciones operativas de un dispositivo. Existen herramientas de diseño que permiten extraer un modelo spice, es decir, una serie de parámetros del modelo, que se ajusta con mayor o menor precisión a los parámetros scattering medidos experimentalmente. La precisión del modelo spice derivado depende pues del tamaño del data set utilizado para realizar la extracción. Obviamente, si el tamaño del data set es pequeño, el modelo spice obtenido sirve sólo para tener unos resultados cualitativos para condiciones de funcionamiento típicas de un dispositivo, pero pueden resultar poco adecuadas para predecir su funcionamiento en condiciones de máximos y mínimos. Para obtener modelos de dispositivos reales que permitan el modelado de todos sus efectos no lineales en todas las posibles condiciones operativas, es necesario extrapolar el modelo spice a partir de un data set muy grande.
Utilizar parámetros scattering permite representar en spice un circuito o dispositivo mediante una "caja negra", es decir como una red lineal de dos puertos que representa el comportamiento especificado por el data set asociado. Esta técnica suele dar muy buenos resultados para circuitos pasivos y menos buenos para dispositivos activos.
Cada modelo disponible está orientado a modelar el comportamiento de un dispositivo en condiciones operativas distintas. Por ejemplo, algunos modelos sencillos asumen condiciones operativas estáticas, es decir, están orientados a capturar el comportamiento del dispositivo asumiendo que las condiciones de polarización (las tensiones en los bornes del dispositivo) se mantienen constantes con el tiempo; otros modelos, orientados más al modelado de dispositivos de potencia (que manejan señales grandes y tienen un comportamiento fuertemente no lineal) pueden incluir otros efectos como constante de tiempo e inercia térmicas.
Por otro lado, los parámetros scattering (S-parameters) son algo completamente diferente se trata de una serie de datos (data set), normalmente medidos de forma experimental, que "capturan" el comportamiento de un dispositivo dado para unas condiciones de polarización (tensión en sus bornes y corrientes) específicas a distintas frecuencias operativas. Por consiguiente, para realizar un modelado completo utilizando parámetros scattering es necesario disponer de distintos data sets calculados para todas las posibles condiciones operativas de un dispositivo. Existen herramientas de diseño que permiten extraer un modelo spice, es decir, una serie de parámetros del modelo, que se ajusta con mayor o menor precisión a los parámetros scattering medidos experimentalmente. La precisión del modelo spice derivado depende pues del tamaño del data set utilizado para realizar la extracción. Obviamente, si el tamaño del data set es pequeño, el modelo spice obtenido sirve sólo para tener unos resultados cualitativos para condiciones de funcionamiento típicas de un dispositivo, pero pueden resultar poco adecuadas para predecir su funcionamiento en condiciones de máximos y mínimos. Para obtener modelos de dispositivos reales que permitan el modelado de todos sus efectos no lineales en todas las posibles condiciones operativas, es necesario extrapolar el modelo spice a partir de un data set muy grande.
Utilizar parámetros scattering permite representar en spice un circuito o dispositivo mediante una "caja negra", es decir como una red lineal de dos puertos que representa el comportamiento especificado por el data set asociado. Esta técnica suele dar muy buenos resultados para circuitos pasivos y menos buenos para dispositivos activos.
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