一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型

技术领域

本发明涉及一种高压高阻值多晶硅电阻模型，特别是涉及一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型。

背景技术

高压高阻值多晶硅电阻是高压BCD(Bipolar CMOS DMOS)集成工艺中常会用到的一种高精度模型，它在ADC电路，电源电路中有广泛的应用。作为一种常用的电阻，其模型的精度要求也比较高，通常模型中会把和电压偏置效应相关的因素考虑进去。

理想电阻两端电压和流过其中的电流成正比，其阻值与电压无关。但实际上，电阻导电粒子具有分散性，内部存在接触电阻，因而出现非线性关系，即电流和电压并不是严格成正比，阻值随电压升高而下降。图1及图2示出了方块电阻Rsh阻值为10K的多晶硅电阻的IV关系和RV关系，其中图1为高压高阻值多晶硅电阻的IV关系图，即高压电阻的偏置电压和其电流的特性图，电压从-20V扫到20V；图2为高压高阻值多晶硅的RV关系图(正压)，即高压电阻的偏置电压和不同电压对应的实际阻值，电压从0到20V。

图3为高压高阻值多晶硅的RV关系图(正负压)，即电阻偏置电压从负电压扫到正电压的阻值变化，电压从-20V到20V。从理论上讲，无论是正偏电压还是负偏电压，电阻阻值随电压呈现出的阻值应该是对称的，但实际情况量测会发现电阻阻值会呈现不对称，这种现象在高阻值多晶硅电阻中较为常见，尤其是高压偏置的时候，它的原因较为复杂，有自发热效应，也有其他比如电阻表面结构差异的因素导致。该效应随电阻宽度W减小、电阻长度L变大会越发明显。

现有的SPICE高压高阻值电阻模型能够包括电阻随电压变化的关系式，并且有二次项系数可以拟合，如图4所示，R1、R2是电阻两端的寄生电阻，R3是多晶硅电阻，Rend是总寄生电阻，Rsh是方块电阻阻值

高压高阻值电阻阻值随电压的修正公式为：

其中VC1、VC2分别是1阶和2阶电压修正系数，dV是电阻两端电压差的绝对值。

图5为现有模型高压高阻值多晶硅的仿真和实测数据RV对比图，电压从-20V到20V，其中实线为仿真曲线，点线是实测。

可见，现有的SPICE电阻模型总体上该电阻模型考虑到的都是两端正负电压偏置对称的情况，对非对称电压特性这种特殊情况并没有考虑到。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型，以改善非对称电压偏置效应的电阻特性。

为达上述目的，本发明提出一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型，包括第一连接端子(N1)、第二连接端子(N2)、第一寄生电阻(R1)、第二寄生电阻(R2)，所述模型还包括第一多晶硅电阻(R3)、第二多晶硅电阻(R4)，用于在所述第一连接端子(N1)、第二连接端子(N2)加不同电压时正向或反向导通设置。

优选地，所述模型还包括第一受控开关(SW1)和第二受控开关(SW2)，用于在所述第一连接端子(N1)、第二连接端子(N2)加不同电压时选择性地接入所述第一多晶硅电阻(R3)或第二多晶硅电阻(R4)。

优选地，所述第一连接端子(N1)、第一寄生电阻(R1)、第一多晶硅电阻(R3)、第二多晶硅电阻(R4)、第二寄生电阻(R2)与第二连接端子(N2)依次级联。

优选地，所述第一受控开关(SW1)与第一多晶硅电阻(R3)并联，所述第二受控开关(SW2)与第二多晶硅电阻(R4)并联。

优选地，当所述第一连接端子(N1)的电压>第二连接端子(N2)的电压时，设置所述第一受控开关(SW1)为导通状态，第二受控开关(SW2)为断开状态，所述第二多晶硅电阻(R4)被接入。

优选地，当所述第二连接端子(N2)的电压>所述第一连接端子(N1)的电压时，第二受控开关(SW2)为导通状态，第一受控开关(SW1)为断开状态，所述第一多晶硅电阻(R3)被接入。

与现有技术相比，本发明一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型通过将现有技术的多晶硅电阻R3由一个改为两个即R3、R4，并添加了双向选择通路，该双向选择通路由受控开关SW1、SW2分别与多晶硅电阻R3、R4并联形成，实现了改善非对称电压偏置效应的电阻特性的目的。

附图说明

图1为现有技术高压高阻值多晶硅电阻的IV关系图(电压从-20V扫到20V)；

图2为现有技术高压高阻值多晶硅电阻的RV关系图(电压从0V到扫到20V)；

图3为现有技术高压高阻值多晶硅电阻的RV关系图(电压从-20V到扫到20V)；

图4为高压高阻值多晶硅的现有模型等效电路图；

图5为现有模型高压高阻值多晶硅的仿真和实测数据RV对比图；

图6为本发明一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型的等效电路图；

图7为本发明实施例中等效电路仿真和实测数据的对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图6为本发明一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型的等效电路图。如图6所示，本发明一种非对称的电压偏置效应的高压高阻值多晶硅电阻模型，包括：第一连接端子N1、第二连接端子N2、第一寄生电阻R1、第二寄生电阻R2、第一多晶硅电阻R3、第二多晶硅电阻R4、第一受控开关SW1和第二受控开关SW2。

其中，第一连接端子N1、第二连接端子N2，用于本发明电阻模型与外部电路连接；第一寄生电阻R1、第二寄生电阻R2，用于模拟连接端子处的寄生电阻，不失一般性，两个端子对称地放置；第一多晶硅电阻R3、第二多晶硅电阻R4，用于在两端子加不同电压时分别设置多晶硅电阻；第一受控开关SW1和第二受控开关SW2，用于在两端子加不同电压时选择性地接入不同的多晶硅电阻。

第一连接端子N1、第一寄生电阻R1、第一多晶硅电阻R3、第二多晶硅电阻R4、第二寄生电阻R2与第二连接端子N2依次级联，第一受控开关SW1与第一多晶硅电阻R3并联，第二受控开关SW2与第二多晶硅电阻R4并联。

也就是说，图6是在现有图4的高压高阻值电阻等效电路的基础上进行了改进，多晶硅电阻R3由一个改为两个即R3、R4，并添加了双向选择通路，该双向选择通路由受控开关SW1、SW2分别与多晶硅电阻R3、R4并联形成。

第一连接端子N1、第二连接端子N2分别是电阻左右两端，当N1电压>N2电压时，等效电路自动设置第一受控开关SW1为on，第二受控开关SW2为off状态，高压高阻值电阻R4被接入，当N2电压>N1电压时，第二受控开关SW2为on，第一受控开关SW1为off状态，高压高阻值电阻R3被接入。

添加第一受控开关SW1对应的多晶硅电阻随电压N1、N2的电压差的修正项，公式和式1中的形式一样，电压系数为VC1、VC2；

添加第二受控开关SW2对应的多晶硅电阻随电压N1、N2的电压差的修正项，公式和式1中的形式一样，电压系数为VC3、VC4。

通过SPICE实现改进电路的功能，利用SPICE语言中的Max和Min函数，可以实现根据N1、N2两端电压差选择由受控开关组成的通路。

V(N2，N1)是两端电压差，当V(N2，N1)>0即N2电压高于N1时，Max(V(N2,N1),0)＝V(N2,N1),Min(V(N2,N1),0)＝0,第二受控开关SW2为on状态，电阻R4被旁路，而第一受控开关SW1为off状态，电阻R3被接入，上式等效为

当V(N2，N1)<0即N1电压高于N2时，Max(V(N2,N1),0)＝0,Min(V(N2,N1),0)＝V(N2,N1),第一受控开关SW1为on状态，电阻R3被旁路，而第二受控开关SW2为off状态，电阻R4被接入，上式等效为

通过改进后的等效电路，将新等效电路仿真后和实测数据比对，通过拟合调试电压系数VC1、VC2、VC3、VC4，可以得到如图7所示效果。

由图7可见，仿真结果(实线)和实测值(点线)吻合较好，说明通过改进后的等效电路对这类非对称电压偏置效应的电阻特性可以有较好的改善和描述。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。