CoolSPICE es una herramienta de diseño asistido por computadora para el desarrollo de circuitos electrónicos. Es una versión de la herramienta de simulación SPICE (Programa de simulación con énfasis en circuitos integrados) que se centra en el diseño y la simulación para el funcionamiento de circuitos a temperaturas criogénicas, circuitos que funcionan con semiconductores de banda ancha y simulación de efectos térmicos en el rendimiento del circuito.
La herramienta de simulación de circuitos se desarrolló a partir de SPICE3f5, [1] una versión de Ngspice , de CoolCAD Electronics, LLC. [2] Puede modelar aplicaciones electrónicas estándar, incluidas radiofrecuencia y circuitos de audio, pero se creó con un enfoque en el modelado y diseño de circuitos que funcionan a temperaturas extremas que van de 4K a 300K. El software se utiliza para modelar circuitos CMOS de temperatura criogénica [1] [2] y también dispositivos de transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal ( MOSFET ) de carburo de silicio (SiC) de alta potencia y alta temperatura . [3]También se utiliza para simular el cambio de temperatura de los diversos componentes eléctricos que resulta de la disipación de energía durante la operación del circuito. [4] Una versión gratuita de CoolSPICE está disponible para descargar en la web.
CoolSPICE simula circuitos electrónicos que funcionan a temperaturas criogénicas de hasta 4K, [1] que es la temperatura del helio (He) líquido. Los modelos compactos utilizados para realizar estas simulaciones de circuitos se crearon para numerosos procesos CMOS ; los modelos se construyeron en BSIM 4 y se verificaron experimentalmente. [2] BSIM 4 es un modelo MOSFET SPICE predictivo para la simulación de circuitos y el desarrollo de CMOS creado por el Grupo de Investigación BSIM del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la Universidad de California, Berkeley. [5]CoolSPICE también tiene modelos de dispositivos para simulación de operación de temperatura criogénica de NMOS y PMOS de diferentes tecnologías. La herramienta también lee archivos de lista de red de otras herramientas de simulación de circuitos similares, como Cadence. [1]
CoolSPICE también tiene modelos para simular dispositivos semiconductores de banda prohibida ancha , que incluyen MOSFET de potencia , BJT de SiC y FET de potencia de GaAs . Los modelos de simulación SPICE para dispositivos MOSFET de potencia de SiC para el software se desarrollaron utilizando subcircuitos construidos alrededor del MOSFET BSIM estándar . Los dispositivos de potencia tienen comportamientos específicos únicos en sí mismos y para tener en cuenta ese factor, se modificaron ciertas ecuaciones de BSIM . Los términos de capacitancia de drenaje a puerta y de drenaje a fuente se modificaron con el fin de tener en cuenta la estructura diferente del MOSFET de potencia. dispositivos. Debido a estas diversas modificaciones, las nuevas ecuaciones BSIM requirieron la introducción de nuevos parámetros a los conjuntos de parámetros MOSFET ya existentes . Los nuevos modelos resultantes con parámetros BSIM comunes , así como los parámetros recientemente introducidos necesarios por las modificaciones, son los modelos utilizados por CoolSPICE para las simulaciones. [3] [4] [6]
CoolSPICE también se utiliza para realizar análisis térmicos del funcionamiento del circuito. Debido al calentamiento Joule , los circuitos electrónicos generan calor y la temperatura de sus componentes aumenta (los ventiladores se utilizan a menudo para ayudar a enfriar los circuitos en circunstancias en las que el aumento de temperatura afecta a los componentes electrónicos), y el software puede simular estos tipos de aumentos de temperatura. Los mecanismos de transporte de calor que se tienen en cuenta en estos cálculos térmicos incluyen la conducción y la convección. CoolSPICE contiene una biblioteca para estas simulaciones térmicas. [4] [6]