MOSFET 特性ビューアー

特性ビューアーツールを使用すると、表面電位ベースの MOSFET ブロックについて特定のパラメーター化の特性を調べ、ブロックの動作を一連のターゲット特性と一致させることができます。このツールでは、以下が可能です。

現在のブロックパラメーターを使用して、シミュレートしたデータをプロットする。
シミュレートしたデータのプロットを、表形式のターゲットデータに重ねる。
ブロックパラメーターを変更する。
特性ビューアーでのパラメーター調整の結果に満足したら、モデルのブロックパラメーターを更新する。
生成されたパラメーターセットを、将来別のモデルで再利用するために保存する。

推奨ワークフロー

特性ビューアーツールは、表面電位ベースの N-Channel MOSFET ブロックまたは P-Channel MOSFET ブロックでのみ利用できます。ライブラリから N-Channel MOSFET ブロックまたは P-Channel MOSFET ブロックを追加するときに表面電位ベースのモデリングオプションに切り替えるには、モデルでブロックをダブルクリックし、[モデリングオプション] パラメーターを [表面電位ベース] に設定します。次に、ブロックを右クリックすると、コンテキストメニューには、パラメーター化ツールの開始に必要な [Electrical] オプションが含まれています。

MOSFET パラメーター化ツールを使用するには、以下を行います。

モデルで表面電位ベースの MOSFET ブロックを右クリックし、コンテキストメニューから [Electrical]、[特性を確認] を選択します。charactericViewer ウィンドウが開きます。
[特性を追加] をダブルクリックします。特性のタイプ (target、simulated、または両方) と目的の値を指定します。[プロットに追加] をクリックします。
必要に応じて、特性をさらに追加していきます。[プロットを置き換え] ボタンを使用すると、前に追加したプロットを置換できます。[特性を一覧表示/削除] ブロックを [特性を追加] と共に繰り返し使用して、特性セットを構成することもできます。
[パラメーターを選択] をダブルクリックし、対象とするパラメーターを選択します。
[プロットを生成] をダブルクリックします。
前の 2 つのステップを繰り返して、シミュレーション結果をターゲットの曲線と一致させることによってパラメーターを調整します。
パラメーター調整の結果に満足したら、[開始ブロックパラメーターを更新] をダブルクリックして、モデルのブロックパラメーターを更新します。このステップを実行するまで、元のモデルのブロックは影響を受けません。
[データを保存] をダブルクリックして、将来別のモデルで使用するために、生成された特性を MAT ファイルとして保存できます。

特性の追加と管理

対象とするターゲット特性のセットを指定することで、MOSFET パラメーターの調整プロセスを開始します。

charactericViewer ウィンドウで、[特性を追加] をダブルクリックします。
[特性] ウィンドウが開きます。
[プロット番号] を入力します。この数は、特性をプロットする Figure の番号を定義します。これにより、複数の特性を同じ Figure に追加し、特性同士を重ね合わせることができます。ただし、Figure は 1 つの xy 軸のみで構成されます。
[特性タイプ] を指定します。
- ターゲットのみ — プロットには、入力値と出力値の両方に関して指定されたデータが含められます。この場合、シミュレーションは実行されません。データは適切なプロットに単純に追加されます。
- シミュレーションのみ — プロットには、指定した入力バイアス条件全体にわたるシミュレーションの結果であるデータが含められます。
- ターゲットとシミュレーション — プロットには両方のタイプのデータが含められます。このオプションは、モデルのパラメーターを調整して、データシートから抽出したデータに合わせようとしている場合に便利です。
結果のプロットで x 軸の変数を定義する [スイープタイプ] を選択します。
- V_GS — ゲートの電源電圧に対してスイープします。
- V_DS — ドレインの電源電圧に対してスイープします。
- I_D — ドレイン電流に対してスイープします。通常、ドレイン電流は特性スイープに対する標準的な入力ではありません。
[特性タイプ] が [シミュレーションのみ] の場合は、[スイープ範囲] を指定します。これは、スイープした変数の範囲を示す、値のベクトルです。出力データの正確なサンプル点は可変ステップシミュレーションによって決定されるため、このベクトルの最小値と最大値だけがツールによって利用されます。
[特性タイプ] が [ターゲットのみ] または [ターゲットとシミュレーション] の場合は、[スイープ値] を指定します。これは、出力がターゲットデータについてサンプリングされる位置となる、スイープされる変数の値のベクトルです。たとえば、データシートから抽出した I_D-V_DS 特性では、ターゲット曲線内で I_D のサンプル値に対応する V_DS 値が、このベクトルに含まれます。
[ステップタイプ] を選択し、2 番目の独立した入力バイアス条件を定義します。[スイープタイプ] でも選択肢は同じです。たとえば、I_D-V_DS 曲線が一定の V_GS にある状態として定義されている場合、[ステップタイプ] に [V_GS] を選択します。
[ステップ値] を使用して、ステップ変数の値を指定します。たとえば、0 V および 10 V の V_GS 値に対応する I_D-V_DS 曲線が必要な場合は、[ステップタイプ] を [V_GS] に、[ステップ値] を [0 10] に設定します。
特性の出力の測定を定義する [出力タイプ] を選択します。これは、結果のプロットでの y 軸変数です。使用可能な値は [V_GS]、[V_DS]、[I_D]、[C_GG]、[C_GD]、[C_DG]、および [C_DD] です。静電容量 C_GG、C_GD、C_DG、C_DD は、それぞれの端子に従って定義されます。これらの量をデータシートのパラメーター Ciss、Crss、Coss に関連付けるには、V_GS = 0 の場合に C_GG = Ciss、C_DD = Coss、C_GD = Crss であることに注意してください。
V_GS は、表面電位ベースの MOSFET モデルの出力に適した選択ではありません。この値は、このツールを他のデバイスタイプに使用することを予想して用意されています。
[特性タイプ] が [ターゲットのみ] または [ターゲットとシミュレーション] である場合は、[出力値] を指定します。これは、Figure でプロットするターゲットデータです。このデータを m 行 n 列の行列として指定します。ここで、m は [ステップ値] のサイズ、n は [スイープ値] のサイズです。
[プロットに追加] をクリックして、特性の指定を適切な [プロット番号] に追加します。
必要に応じて、特性をさらに追加していきます。
[プロットを置き換え] ボタンを使用すると、前に追加したプロットを置換できます。[特性を一覧表示/削除] ブロックを [特性を追加] と共に繰り返し使用して、特性セットを構成することもできます。

パラメーターの選択とプロットの生成

目的のターゲット特性のセットを指定した後、次のステップでは MOSFET ブロックのパラメーターを定義します。

charactericViewer ウィンドウで、[パラメーターを選択] をダブルクリックします。
[Tuner] ウィンドウが開きます。そこには、MOSFET 特性のどの機能が特定のパラメーターから最も影響を受けるかによって、異なるタブ上に一連のスライダーが含まれます。
- [VT] タブには、しきい値電圧に主に影響を与えるパラメーターが表示される ([ガンマ] および [phib2ref])。
- [DC] タブのパラメーターは、主に DC 特性に影響を与える。
- [AC] タブのパラメーターは、主に MOSFET ダイナミクスに影響を与える。
- [T] タブのパラメーターは、温度のスケーリングに影響を与える。
- [固定] タブのパラメーターは、一般に、表示される特性から導出しにくい特定の値、たとえばシミュレーション温度やゲート抵抗 (データシートに直接記載されている場合が多い) などに固定される。
- [EXTRAS] タブには、他のタブに既に表示されているパラメーターと似た形で特性に影響を与える、他のパラメーターが含まれている。たとえば、[Rsref] (電源に関連付けられた直列抵抗) は、[DC] タブの [betaref] と同様に動作します。そのため、これら 2 つの効果を常に区別するこはできません。
[Tuner] ダイアログの適切なタブにあるスライダーを使用します。
min と max の値は、各種のスライダーが作動する範囲を定義しているにすぎないため、必要に応じて変更できます。これらの値は、基礎となっているモデルパラメーターに対して何の意味ももっていません。min または max の値を変更すると、[OK] や [適用] をクリックしなくても、スライダーの範囲が自動的に更新されます。
スライダーを調整した後、プロットを生成して、シミュレーションデータがターゲットデータにどの程度近いかを確認します。charactericViewer ウィンドウで、[プロットを生成] をダブルクリックします。
シミュレーション結果がターゲット曲線と一致するまで、パラメーターの調整とプロットの生成を繰り返します。

結果の保存

パラメーター調整の結果に満足したら、以下を行います。

[開始ブロックパラメーターを更新] をダブルクリックして、モデルのブロックパラメーターを更新します。このステップを実行するまで、元のモデルのブロックは影響を受けません。
メモ
このステップが機能するには、パラメーターを調整する間、元のモデルを開いたままにしておかなければなりません。
[データを保存] をダブルクリックして、将来別のモデルで再使用するために、生成された特性を MAT ファイルとして保存することもできます。データを保存するファイル名を指定します。ファイル内では、すべてのデータが parameterHelper という名前のオブジェクトに保存されます。
このオブジェクト内に格納されたパラメーターを別の MOSFET ブロックに適用するには、モデルでこの MOSFET ブロックを選択し、MATLAB^® コマンドウィンドウで次のように入力します。
```
parameterHelper.parameters.updateBlockParameters(gcbh)
```
このコマンドにより、ハンドル gcbh によって定義されるブロックにパラメーター値が適用されます。
たとえば次のように、ブロックハンドルの代わりに string を使用することもできます。
```
parameterHelper.parameters.updateBlockParameters(gcb)
```
パラメーターを直接検査するには、値 (文字ベクトルとして保存) に対して parameterHelper.parameters.values と入力するか、名前に対して parameterHelper.parameters.names と入力します。