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1、2020 3 4 共88页 1 spice Spectre介绍 翟江辉 2020 3 4 模拟集成电路的设计流程 1 交互式电路图输入2 电路仿真3 版图设计4 版图的验证 DRCLVS 5 寄生参数提取6 后仿真7 流片 全定制 2020 3 4 各种仿真器简介 SPICE 由UCBerkeley开发 用于非线性DC分析 非线性瞬态分析和线性的AC分析 Hspice 作为业界标准的电路仿真工具 它自带了许多器件模型 包括小尺寸的MOSFET和MESFET Cadence提供了hspice的基本元件库并提供了与Hspice的全面的接口 Spectre 由Cadence开发的电路仿真器 在SPI
2、CE的基础上进行了改进 使得计算的速度更快 收敛性能更好 2020 3 4 常用analoglib库的元器件 2020 3 4 元器件symbol视图 2020 3 4 2020 3 4 Models Analyses Variables Outputs Return 电路仿真 2020 3 4 分析类型介绍 Tran分析 时间与电路参数的关系 瞬时分析 DC分析 电压与电路参数的关系 直流分析 AC分析 频率与电路参数的关系 交流分析 2020 3 4 三 模拟仿真的设置 重点 Composer schamatic界面中的Tools AnalogEnvironment项可以打开AnalogD
3、esignEnvironment窗口 如右图所示 2020 3 4 AnalogDesignSimulation菜单介绍 Session菜单 SchematicWindowSaveStateLoadStateOptionsResetQuit 回到电路图 保存当前所设定的模拟所用到的各种参数 加载已经保存的状态 一些显示选项的设置 重置analogartist 相当于重新打开一个模拟窗口 退出 2020 3 4 Setup菜单 Setup菜单 DesignSimulator directory hostTemperatureModelLibraryEnvironment 选择所要模拟的线路图 选
4、择模拟使用的模型一般有cdsSpicehspiceSspectre等 设置模拟时的温度 设置库文件的路径和仿真方式 设置仿真的环境 后仿真时需设置 2020 3 4 Analyses菜单 选择模拟类型 Spectre的分析有很多种 如右图 最基本的有tran 瞬态分析 dc 直流分析 ac 交流分析 2020 3 4 tran 瞬态分析 2020 3 4 dc 直流分析 dc 直流分析 可以在直流条件下对temperature DesignVariable ComponentParameter ModelParameter进行扫描仿真 举例 对温度的扫描 测量温度系数 电路随电源电压变化的变化
5、曲线等 2020 3 4 ac 交流分析 ac 交流分析 是分析电路性能随着运行频率变化而变化的仿真 既可以对频率进行扫描也可以在某个频率下进行对其它变量的扫描 2020 3 4 Variables菜单 包括Edit等子菜单项 可以对变量进行添加 删除 查找 复制等操作 变量variables既可以是电路中元器件的某一个参量 也可以是一个表达式 变量将在参量扫描parametricanalysis时用到 2020 3 4 其它有关的菜单项 1 Tools ParametricAnalysis它提供了一种很重要的分析方法 参量分析的方法 也即参量扫描 可以对温度 用户自定义的变量variable
6、s进行扫描 从而找出最合适的值 2020 3 4 其它有关的菜单项 2 Outputs Tobeplotted selectedonschematic schematic子菜单用来在电路原理图上选取要显示的波形 点击连线选取节点电压 点击元件端点选取节点电流 这个菜单比较常用 2020 3 4 其它有关的菜单项 3 Outputs Setup当然我们需要输出的有时不仅仅是电流 电压 还有一些更高级的 比如说 带宽 增益等需要计算的值 这时我们可以在Outputs setup中设定其名称和表达式 在运行模拟之后 这些输出将会很直观的显示出来 举个例子 标识3db的点 我们用到的表达式如下 ban
7、dwidth VF Out 3 low 需要注意的是 表达式一般都是通过计算器 caculator 输入的 Cadance自带的计算器功能强大 除了输入一些普通表达式以外 还自带有一些特殊表达式 如bandwidth average等等 2020 3 4 Calculator的使用 Calculator是一个重要的数据处理工具 可以用来仿真电源抑制比 相位裕度 共模抑制比 2020 3 4 其它有关的菜单项 3 Results菜单 2020 3 4 模拟结果的显示以及处理 在模拟有了结果之后 如果设定的output有plot属性的话 系统会自动调出waveform窗口 并显示outputs的波
8、形 如左图 2020 3 4 五 运算放大器仿真实例 1 电路图的输入 共模反馈型运放 如下图所示 2020 3 4 2 建立Symbol图 2020 3 4 3 仿真电路图示意 2020 3 4 4 运放小信号仿真示例 电源电压Vdc 3 3V 交流信号源acm 1V 负载电容Cload 5pF 采用Spectre分析方式 选择交流分析 ac 设置如下 SweepVariable FrequencySweepRange 1Hz 100MHz仿真完成后 点击Result DirectPlot ACGain Phase查看运放的幅频特性和相频特性 2020 3 4 仿真结果 该运放直流增益为80
9、 9dB 单位增益带宽为82MHz 相位裕度为67 32deg 2020 3 4 相位裕度与负载电容的关系曲线仿真 1 设置相位裕度输出 点击Outputs Setup其中运用了Candence函数PhaseMargin 2020 3 4 相位裕度与负载电容的关系曲线仿真 2 点击Tools ParametricAnalysis设置负载电容的扫描范围和扫描步长 其中RangeType选择From To StepControl选择LinearSteps 2020 3 4 相位裕度与负载电容的关系曲线仿真 3 点击ParametricAnalysis中的Analysis Start得到相位裕度与负
10、载电容的关系曲线如图 2020 3 4 5运放直流仿真示例 目标 仿真输出电压与输入电压的变化曲线方法 采用直流仿真 dc 仿真参数设置1 在仿真电路图中将信号源的输入电压定义为变量Vin2 在仿真环境界面中选择Variables CopyFromCellview 将电路中设置的变量集中在DesignVariables栏中 初始化Vin和Cload变量 其中Vin 0V Cload 5pF 2020 3 4 3 设置dc仿真 其中SweepVariable选择DesignVariable 在VariableName中填写Vin SweepRange选择Start Stop Vin的扫描范围为
11、1mV 1mV 2020 3 4 4 仿真结果 横坐标为输入电压 纵坐标为输出电压 如图我们可以看出 运放的输出摆幅大约为 2 55V 2 55V 2020 3 4 6 瞬态仿真示例 目标 通过仿真得到运放的摆率方法 运用瞬态仿真 输入信号设置为电压脉冲 观察输出电压的变化情况参数设置 输入信号源采用analoglib中的脉冲发生器vpwl 输入电压初始值为0V 在10ns 10 1ns跳变到4VTran仿真时间为100ns在电路图中选择输出变量 Outputs ToBePlotted SelectOnSchematic 在这里我们选择输入脉冲以及输出电压 2020 3 4 仿真结果如图我们可以计算得到 运放摆率SR 117V us
