Блок Photodiode представляет собой фотодиод в виде управляемого источника тока и экспоненциального диода, соединенных параллельно. Управляемый источник тока генерирует ток , который пропорционален плотности светового потока:
где
— отношение сгенерированного тока к плотности падающего светового потока;
Если для параметра Sensitivity parameterization установлено значение Specify measured current for given flux density, то блок вычисляет эту переменную как отношение параметра Measured current к параметру Flux density.
Если для параметра Sensitivity parameterization установлено значение Specify current per unit flux density, то эта переменная определяется значением параметра Device sensitivity.
— плотность падающего светового потока.
Для моделирования динамического времени отклика используйте параметр Parameterization, чтобы включить в модель емкость диодного перехода.
Экспоненциальная модель диода обеспечивает следующую зависимость между током диода и напряжением диода :
где
— элементарный заряд электрона (1.602176e-19 Кл);
— постоянная Больцмана (1.3806503e-23 Дж/К);
— коэффициент эмиссии;
— ток насыщения, соответствует значению параметра Dark current;
— температура, при которой задаются параметры диода, соответствует значению параметра Measurement temperature.
Когда , блок заменяет на , что соответствует градиенту тока диода при и экстраполируется линейно.
Когда , блок заменяет на , что также соответствует градиенту и экстраполируется линейно. Типичные электрические цепи не достигают таких больших значений. Блок Photodiode обеспечивает эту линейную экстраполяцию, чтобы помочь сходимости при решении ограничений во время симуляции.
Если установить для параметра Diode parameterization значение Use dark current and N, то характеристики диода задаются с помощью параметров Dark current и Emission coefficient, N.
Если установить для параметра Diode parameterization значение Use dark current plus a forward bias I-V data point, то нужно задать параметр Dark current и точку измерения напряжения и тока на вольт-амперной характеристики диода. Блок вычисляет из этих значений следующим образом:
где
— соответствует значению параметра Forward voltage VF;
;
— соответствует значению параметра Current IF at forward voltage VF.
Экспоненциальная модель диода предоставляет возможность включить емкость перехода:
Если установить для параметра Parameterization значение Fixed or zero junction capacitance, то емкость фиксирована.
Если установить для параметра Parameterization значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC, то блок использует коэффициенты , , , и для расчета емкости перехода, которая зависит от напряжения на переходе.
Если установить для параметра Parameterization значение Use C-V curve data points, то блок использует три значения емкости на C-V кривой диода для оценки , и и использует эти значения с указанным значением для расчета емкости перехода, которая зависит от напряжения на переходе. Блок вычисляет , и следующим образом:
где
, , и — значения в векторе параметра Reverse bias voltages [VR1 VR2 VR3];
, , и — значения в векторе параметра Corresponding capacitances [C1 C2 C3];
Невозможно достоверно оценить по табличным данным, поэтому вы должны указать его значение с помощью параметра Capacitance coefficient, FC. При отсутствии подходящих данных для этого параметра используйте типичное значение 0.5.
Напряжения обратного смещения (числовые значения положительны) должны удовлетворять > > . Это означает, что емкости должны удовлетворять > > , поскольку обратное смещение расширяет область обеднения и, следовательно, уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения и должны быть значительно больше разности потенциалов перехода . Напряжение должно быть меньше разности потенциалов перехода , при этом типичное значение для составляет 0.1 В.
Зависимость свойств p-n перехода от напряжения определяется через заряд емкости перехода как:
Для :
Для :
где
;
;
;
— напряжение на емкости перехода.
Эти уравнения аналогичны уравнениям в работе [2], за исключением того, что не моделировалась температурная зависимость параметров и .
В эту модель не включен член диффузионной емкости, который влияет на производительность переключения на высоких частотах.
Блок Photodiode включает и множество других возможностей моделирования температурной зависимости вольт-амперных характеристик диода. Температурная зависимость емкости перехода не моделируется ввиду их малости.
Тепловой порт
Вы можете включить тепловой порт, чтобы смоделировать эффекты генерируемого тепла и температуры устройства. Чтобы включить тепловой порт, установите флажок Enable thermal port.
Допущения и ограничения
Если установить для параметра Diode parameterization значение Use dark current plus a forward bias I-V data point, можно задать напряжение, близкое к напряжению включения диода. Обычно это значение находится в диапазоне от 0.05 до 1 Вольта. Использование значения за пределами этой области может привести к плохой оценке .
Вам может понадобиться использовать ненулевые значения омического сопротивления и емкости перехода, чтобы избежать проблем с численным моделированием, но моделирование может проходить быстрее, если эти значения будут равны нулю.
Порты
Вход
# W
—
плотность светового потока, падающего на чувствительный элемент
скаляр
Details
Входной порт, связанный с падающим на фотодиод световым потоком.
Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable thermal port.
Имя для программного использования
thermal_port
Параметры
Основные
#Sensitivity parameterization —
параметризация чувствительности
Specify measured current for given flux density | Specify current per unit flux density
Details
Выберите один из следующих методов параметризации чувствительности:
Specify measured current for given flux density — укажите измеренный ток и соответствующую плотность светового потока.
Specify current per unit flux density — укажите чувствительность устройства вручную.
Значения
Specify measured current for given flux density | Specify current per unit flux density
Значение по умолчанию
Specify measured current for given flux density
Имя для программного использования
sensitivity_parameterization
Вычисляемый
Нет
#Measured current —
измеренный ток
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA
Details
Ток, который используется в блоке для расчета чувствительности устройства.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Sensitivity parameterization значение Specify measured current for given flux density.
#Parameterization —
параметризация емкости перехода
Fixed or zero junction capacitance | Use C-V curve data points | Use parameters CJ0, VJ, M & FC
Details
Выберите один из следующих вариантов моделирования емкости перехода:
Fixed or zero junction capacitance — задать емкость перехода как фиксированное значение;
Use C-V curve data points — задать измеренные данные в трех точках C-V кривой диода;
Use parameters CJ0, VJ, M & FC — задать емкость перехода при нулевом смещении, контактную разность потенциалов перехода, коэффициент, учитывающий плавность перехода, и коэффициент нелинейности барьерной емкости перехода при прямом смещении.
Значения
Fixed or zero junction capacitance | Use C-V curve data points | Use parameters CJ0, VJ, M & FC
Значение по умолчанию
Fixed or zero junction capacitance
Имя для программного использования
C_parameterization
Вычисляемый
Нет
#Junction capacitance —
емкость перехода
F | mF | nF | pF | uF
Details
Фиксированное значение емкости перехода.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Fixed or zero junction capacitance.
Единицы измерения
F | mF | nF | pF | uF
Значение по умолчанию
60.0 pF
Имя для программного использования
C_j
Вычисляемый
Да
#Zero-bias junction capacitance, CJ0 —
емкость перехода при нулевом смещении
F | mF | nF | pF | uF
Details
Значение емкости, соединенной параллельно с экспоненциальным диодом.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC
Единицы измерения
F | mF | nF | pF | uF
Значение по умолчанию
60.0 pF
Имя для программного использования
C_j0
Вычисляемый
Да
#Junction potential, VJ —
контактная разность потенциалов перехода
V | MV | kV | mV
Details
Контактная разность потенциалов перехода.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.
Единицы измерения
V | MV | kV | mV
Значение по умолчанию
1.0 V
Имя для программного использования
V_j
Вычисляемый
Да
#Grading coefficient, M —
коэффициент, учитывающий плавность перехода
Вектор значений емкости в трех точках на C-V кривой диода, который блок использует для вычисления , и .
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use C-V curve data points.
Единицы измерения
F | mF | nF | pF | uF
Значение по умолчанию
[3.5, 1.0, 0.4] pF
Имя для программного использования
C_r_vector
Вычисляемый
Да
#Capacitance coefficient, FC —
коэффициент нелинейности барьерной емкости перехода при прямом смещении
Details
Коэффициент, который количественно определяет уменьшение разрядной емкости с приложенным напряжением.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC или Use C-V curve data points.
Значение по умолчанию
0.5
Имя для программного использования
C_coefficient
Вычисляемый
Да
Температурная зависимость
#Parameterization —
параметризация температурной зависимости
None - Use characteristics at parameter measurement temperature | Use an I-V data point at second measurement temperature | Specify saturation current at second measurement temperature | Specify the energy gap, EG
Details
Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:
None - Use characteristics at parameter measurement temperature — температурная зависимость не моделируется, для моделирования используется температура измерения , заданная в параметре Measurement temperature.
Use an I-V data point at second measurement temperature — при выборе этого значения нужно указать температуру второго измерения , а также значения тока и напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при температуре первого измерения для расчета значения ширины запрещенной зоны.
Specify saturation current at second measurement temperature — при выборе этого значения нужно указать температуру второго измерения , а также значение тока насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при температуре первого измерения для расчета значения ширины запрещенной зоны.
Specify the energy gap, EG — значение ширины запрещенной зоны задается вручную.
Значения
None - Use characteristics at parameter measurement temperature | Use an I-V data point at second measurement temperature | Specify saturation current at second measurement temperature | Specify the energy gap, EG
Значение по умолчанию
None - Use characteristics at parameter measurement temperature
Имя для программного использования
T_parameterization
Вычисляемый
Нет
#Device simulation temperature —
температура устройства
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
Укажите значение температуры , при которой будет моделироваться устройство.
#Energy gap parameterization —
параметризация ширины запрещенной зоны
Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) | Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV) | Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV) | Use nominal value for germanium (EG=0.67eV) | Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV) | Use nominal value for selenium (EG=1.74eV) | Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV) | Specify a custom value
Details
Выберите значение ширины запрещенной зоны из списка заданных параметров или укажите пользовательское значение:
Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) — значение по умолчанию;
Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV);
Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV);
Use nominal value for germanium (EG=0.67eV);
Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV);
Use nominal value for selenium (EG=1.74eV);
Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV);
Specify a custom value — если вы выберете это значение, то появится параметр Energy gap, EG, позволяющий указать значение для .
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify the energy gap, EG.
Значения
Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) | Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV) | Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV) | Use nominal value for germanium (EG=0.67eV) | Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV) | Use nominal value for selenium (EG=1.74eV) | Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV) | Specify a custom value
Значение по умолчанию
Use nominal value for silicon (EG=1.11eV)
Имя для программного использования
E_g_parameterization
Вычисляемый
Нет
#Energy gap, EG —
ширина запрещенной зоны
Btu_IT | J | MJ | MWh | Wh | eV | kJ | kWh | mJ | mWh
Details
Укажите пользовательское значение для ширины запрещенной зоны.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Energy gap parameterization значение Specify a custom value.
#Saturation current temperature exponent parameterization —
параметризация температурного показателя тока насыщения
Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) | Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2) | Specify a custom value
Details
Выберите один из следующих параметров, чтобы задать значение показателя температуры тока насыщения:
Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3);
Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2);
Specify a custom value — если вы выберете это значение, то появится параметр Saturation current temperature exponent, XTI — температурный показатель тока насыщения, позволяющий задать пользовательское значение для .
Значения
Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) | Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2) | Specify a custom value
Значение по умолчанию
Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3)
Имя для программного использования
XTI_parameterization
Вычисляемый
Нет
#Saturation current temperature exponent, XTI —
температурный показатель тока насыщения
Details
Укажите значение для температурного показателя тока насыщения .
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Saturation current temperature exponent parameterization значение Specify a custom value.
Значение по умолчанию
3.0
Имя для программного использования
XTI
Вычисляемый
Да
Тепловой порт
#Enable thermal port —
включение теплового порта
включение теплового порта
Details
Установите этот флажок, чтобы использовать тепловой порт блока и моделировать влияние выделяемого тепла и температуры устройства.
Установите этот флажок, чтобы использовать тепловой порт блока и моделировать влияние выделяемого тепла и температуры устройства.
Значение по умолчанию
false (выключено)
Имя для программного использования
has_thermal_port
Вычисляемый
Нет
#Thermal network —
выбор внутренней тепловой модели
Specify junction and case thermal parameters | Cauer model | Cauer model parameterized with Foster coefficients | External
Details
Выберете внутреннюю тепловую модель:
Specify junction and case thermal parameters;
Cauer model;
Cauer model parameterized with Foster coefficients;
External.
Значения
Specify junction and case thermal parameters | Cauer model | Cauer model parameterized with Foster coefficients | External
Вектор [R_JC R_CA] из двух значений теплового сопротивления. Первое значение R_JC — это тепловое сопротивление между переходом и корпусом. Второе значение, R_CA — это тепловое сопротивление между портом H и корпусом устройства.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters.
Единицы измерения
K/W
Значение по умолчанию
[0.0, 10.0] K/W
Имя для программного использования
thermal_resistance_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal resistances, [R1 R2 ... Rn] —
вектор тепловых сопротивлений для модели Кауэра
K/W
Details
Вектор из значений тепловых сопротивлений представленных элементами Кауэра в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model.
Единицы измерения
K/W
Значение по умолчанию
[1.0, 3.0, 10.0] K/W
Имя для программного использования
thermal_resistance_cauer_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal resistances, [R1 R2 ... Rn] —
вектор тепловых сопротивлений для модели Фостера
K/W
Details
Вектор из значений тепловых сопротивлений представленных коэффициентами модели Фостера в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model parameterized with Foster coefficients.
Единицы измерения
K/W
Значение по умолчанию
[0.03, 0.2] K/W
Имя для программного использования
thermal_resistance_foster_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal mass parameterization —
параметризация теплоемкости
By thermal time constants | By thermal mass
Details
Выберете способ задания теплоемкости:
By thermal time constants — параметризация теплоемкости в терминах тепловых постоянных времени. Это значение используется по умолчанию.
By thermal mass — задание значений теплоемкости.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters, Cauer model или Cauer model parameterized with Foster coefficients.
Значения
By thermal time constants | By thermal mass
Значение по умолчанию
By thermal time constants
Имя для программного использования
thermal_mass_parameterization
Вычисляемый
Нет
#Junction and case thermal masses, [M_J M_C] —
вектор значений теплоемкостей для модели Кауэра
J/K | kJ/K
Details
Вектор [M_J M_C] из двух значений теплоемкости. Первое значение M_J — это теплоемкость перехода. Второе значение, M_C — это теплоемкость корпуса.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal mass.
Единицы измерения
J/K | kJ/K
Значение по умолчанию
[0.0, 1.0] J/K
Имя для программного использования
thermal_mass_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal masses, [M1 M2 ... Mn] —
вектор значений теплоемкости для модели Кауэра
J/K | kJ/K
Details
Вектор из значений теплоемкостей, где это количество коэффициентов модели Кауэра в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal mass.
Единицы измерения
J/K | kJ/K
Значение по умолчанию
[1.5, 2.0, 3.0] J/K
Имя для программного использования
thermal_mass_cauer_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal masses, [M1 M2 ... Mn] —
вектор значений теплоемкости для модели Фостера
J/K | kJ/K
Details
Вектор из значений теплоемкостей, где это количество элементов Фостера в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model parameterized with Foster coefficients, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal mass.
Единицы измерения
J/K | kJ/K
Значение по умолчанию
[33.0, 50.0] J/K
Имя для программного использования
thermal_mass_foster_vector
Вычисляемый
Да
#Junction and case thermal time constants, [t_J t_C] —
вектор тепловых постоянных времени
d | s | hr | ms | ns | us | min
Details
Вектор [t_J t_C] из двух значений тепловых постоянных времени. Первое значение t_J — это тепловая постоянная времени перехода. Второе значение, t_C — это тепловая постоянная времени корпуса.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal time constants.
Единицы измерения
d | s | hr | ms | ns | us | min
Значение по умолчанию
[0.0, 10.0] s
Имя для программного использования
thermal_time_constant_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal time constants, [t1 t2 ... tn] —
вектор тепловых постоянных времени для модели Кауэра
d | s | hr | ms | ns | us | min
Details
Вектор из значений тепловых постоянных времени, где это количество элементов Кауэра в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.
Значение теплоемкости вычисляется как , где , и — теплоемкость, тепловая постоянная времени и тепловое сопротивление для -го элемента Кауэра.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal time constants.
Единицы измерения
d | s | hr | ms | ns | us | min
Значение по умолчанию
[1.0, 3.0, 10.0] s
Имя для программного использования
thermal_time_constant_cauer_vector
Вычисляемый
Да
#Thermal time constants, [t1 t2 ... tn] —
вектор тепловых постоянных времени для модели Фостера
d | s | hr | ms | ns | us | min
Details
Вектор из значений тепловых постоянных времени, где это количество коэффициентов модели Фостера в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.
Значение теплоемкости вычисляется как , где , и — теплоемкость, тепловая постоянная времени и тепловое сопротивление для -го элемента Кауэра.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model parameterized with Foster coefficients, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal time constants.
Единицы измерения
d | s | hr | ms | ns | us | min
Значение по умолчанию
[1.0, 10.0] s
Имя для программного использования
thermal_time_constant_foster_vector
Вычисляемый
Да
#Junction and case initial temperatures, [T_J T_C] —
вектор тепловых постоянных времени
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR
Details
Вектор [t_J t_C] из двух значений тепловых постоянных времени. Первое значение t_J — это тепловая постоянная времени перехода. Второе значение, t_C — это тепловая постоянная времени корпуса.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal time constants.