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1、 第五讲 Hspice电路仿真 Outline SpiceOverviewHspice网单文件电路网表模型卡控制卡浏览输出波形两个Hspice电路分析例子 到网络学堂上下载Hspice手册 Hspice pdf SpiceOverview Circuitsimulationbackgroud SpiceOverview SPICE SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasisDevelopedbyUCBerkeleyNumericalApproachtoCircuitSimulationCircuitNode ConnectionsDefinea
2、MatrixMustRelyonSub ModelsforBehaviorofVariousCircuitElementsSimple e g Resistor Complex e g MOSFET SpiceOverview CircuitAnalysistoolforSimulationofElectricalCircuitsinSteady State Transient andFrequencyDomains Spicetoolsavailable SBTSPICE HSPICE Spectre TSPICE Pspice Smartspice MostoftheSPICEtoolsa
3、reoriginatedfromBerkeley sSPICEprogram thereforesupportcommonoriginalSPICEsyntaxBasicalgorithmschemeofSPICEtoolsaresimilar howeverthecontroloftimestep equationsolverandconvergencecontrolmightbedifferent SpiceOverview SPICESimulationAlgorithm DC SpiceOverview SPICESimulationAlgorithm Transient SpiceO
4、verview 在用Spice进行电路仿真之前 应 了解元件的基本特性熟悉所设计的电路功能了解需要验证的电路指标和对应的模拟种类 电路状态了解电路的输入信号特性了解电路各项指标的相依性及优先度了解电路结构 元件参数与各项电路特性的相关性 以便于模拟结果的改进 Hspice的流程 Hspice的具体功能 电路级和行为级仿真直流特性分析 灵敏度分析交流特性分析瞬态分析电路优化 优化元件参数 温度特性分析噪声分析傅立叶分析MonteCarlo 最坏情况 参数扫描 数据表扫描功耗 各种电路参数 如H参数 T参数 s参数 等可扩展的性能分析 Hspice的样子 Hspice是一个在cmdshell窗口中
5、运行的程序 无图形化界面 Hspice的输入网单文件是一个有特定格式的纯文本文件 可在任意的文本编辑工具中编辑 Hspice的输出也是一系列纯文本文件 根据不同分析要求 输出不同扩展名的文件 如 lis mt0 dat smt等 Hspice的样子 HSPICE的运行 在运行HSPICE之前 应该首先登录到SUN工作站上 并确保你的使用HSPICE的权限和环境变量已设好 打开一个 终端 窗口 然后进入到你的工作目录下 输入行命令运行 hspice有两种工作模式 提示行模式和非提示行模式 两种工作模式 提示行模式 键入hspice 然后回车 系统会提示你输入一些参数 比如Enterinputfi
6、lename 此时输入你的HSPICE网表文件 缺省的扩展名为 spEnteroutputfilenameordirectory 缺省值为输入HSPICE网表文件名加上 lis扩展名 但 sp和 lis并不是必须 除此之外 还有一些参数 这些参数的隐含值一般不需要更改 直接回车即可 等你按照系统的提示确定所有的参数后 HSPICE就开始运行 一般情况下的输入举例如下 hspicedemo sp或者hspicedemo sp demo lis 两种工作模式 非提示行模式 Hspice的输入 网单文件 文件结构 Hspice的输入 网单文件 例 HspicenetlistfortheRCnetwo
7、rkcircuit titleASIMPLEACRUN OPTIONSLISTNODEPOST OP ACDEC101K1MEG PRINTACV 1 V 2 I R2 I C1 V11010AC1R1121KR2201KC120 001U END Hspice的输出 输出文件 一系列文本文件 ic initialconditionsforthecircuit lis textsimulationoutputlisting mt0 mt1 post processoroutputforMEASUREstatements pa0 subcircuitpathtable st0 run times
8、tatistics tr0 tr1 post processoroutputfortransientanalysis ac0 ac1 post processoroutputforACanalysisMetaWave 观察波形 post processor 人机交互界面 Hspice的输入 网单文件 TITLE语句 TITLE或者 如果是第二种形式 字符串应该是输入文件的首行 如果一个HSPICE语句出现在文件的首行 则它将被认为是标题而不被执行 END语句形式 END在 END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响 Hspice的输入 网单文件 网表 网表是描述电路元件和连接关系的部分
9、首先对电路的结点进行标记 不同结点起不同的名字 再说明各个元件的引脚连接到哪个结点及元件的类型和模型 一般格式为 名称器件的类型器件所连接的节点参数值例 V11010AC1R1121KR2201KC120 001U Hspice的输入 网单文件 输入行格式 输入网表文件不能是压缩格式 文件名 语句 等式的长度不能超过256字符 上标和下标将被忽略 用加号 表示续行 此时加号应该是新续之行的第一个非数字 非空格字符 星号 和美圆符号 可以引出注释行 但 必须是每行第一个字母 而 一般跟在一个语句后 并与语句有至少一个空格 Hspice的输入 网单文件 分隔符包括 tab键 空格 逗号 等号 括号
10、元件的属性由冒号分隔 例如M1 beta级别由句号指示 例如X1 A1 B表示电路X1的子电路A1的节点B常量M 毫 p 皮 n 纳 u 微 MEG 兆 例如c11210pF 单位可以省略 例如c11210p 电路网表 元件名元件名以元件的关键字母开头 电阻 R 电容 C 子电路的名字以 X 开头元件名不超过16个字符节点节点名长度不超过16个字符 可以包括句号和扩展名开始的零将被忽略 节点名可以用下列符号开始 节点可以通过 GLOBAL语句定义成跨越所有子电路的全局节点 GLOBALnode1node2node3 node1node2node3都是全局节点 例如电源和时钟名节点0 GND G
11、ND GROUND都指全局的地电位节点元件语句 器件的类型 名称器件所连接的节点参数值 电路网表 无源器件 电阻 Rxxxn1n2resistance电阻值可以是表达式 例 RterminputgndR sqrt HERTZ Rxxx981AC 1e10直流电阻1欧姆 交流电阻为1e10欧姆 电路网表 无源器件 电容 一般形式 Cxxxn1n2capacitance例 Cloaddriveroutput1 0e 6 电路网表 无源器件 电感 一般形式 Lxxxn1n2inductance 电路网表 有源器件 二极管 Dxxxnplusnminusmname params模型中的寄生电阻串联在正
12、极端 双极型晶体管 QxxxncnbnemnameJFET Jxxxndngnsmname 电路网表 有源器件 MOSFET MxxxndngnsmnameOrMxxxndngnsmname下面是一个CMOS反相器网表 Mnoutin00NMOSW 1 2uL 1 2uMpoutinvddvddPMOSW 3uL 1 2u 电路网表 子电路语句 子电路定义开始语句 SUBCKTSUBNAM其中 SUBNAM为子电路名 node1 为子电路外部节点号 不能为零 子电路中的节点号 除接地点 器件名 模型的说明均是局部量 可以和外部的相同 例 SUBCKTOPAMP1234 电路网表 子电路语句 子
13、电路终止语句 ENDS若后有子电路名 表示该子电路定义结束 若没有 表示所有子电路定义结束 例 ENDSOPAMP 子电路调用语句X SUBNAM例 Xopa1abccOPAMP 子电路使用举例 下面是由前面举例的CMOS反相器组成的三级反相器链网表 globalvdd SUBCKTINVINOUTwn 1 2uwp 1 2uMnoutin00NMOSW wnL 1 2uMpoutinvddvddPMOSW wpL 1 2u ENDSX1IN1INVWN 1 2UWP 3UX212INVWN 1 2UWP 3UX32OUTINVWN 1 2UWP 3UCLOUT01PFVCCVDD05V 电路
14、网表 激励源 独立源 电压源 V 电流源 IVxxx Ixxxn n dcval 例 V110DC 5V或V1105VI110DC 5mA或I1105mA交流模式 V110AC 10V 90幅度为10v 相位为90度交直流模式 V1100 5vAC 10V 90直流分量是0 5vorVxxx Iyyyn n tranfun EXP PULSE PWL 表示并联的电流源个数 电路网表 激励源 独立源 脉冲形式 Vxxxn n PUv1v2 脉冲形式举例 例 VPU30PULSE 125N5N5N20N50N 电路网表 激励源 独立源 正弦形式 Vxxxn n SINvova 电路网表 得到的波形
15、 正弦形式举例 例 VIN30SIN 01100MEG1NS1e10 电路网表 激励源 独立源 逐段线性形式 pwlt1v1 vi是ti时刻的值 repeat是开始重复的起始点 delay是延迟时间 指数形式 EXPv1v2 V1是初始值 v2是峰值 td1是上升延迟时间 t1是上升时间常数 t2是下降时间常数 完整的网表部分举例 前面反相器链的网表 SUBCKTINVINOUTwn 1 2uwp 1 2uMnoutin00NMOSW wnL 1 2uMpoutinvddvddPMOSW wpL 1 2u ENDSX1IN1INVWN 1 2UWP 3UX212INVWN 1 2UWP 3UX
16、32OUTINVWN 1 2UWP 3UCLOUT01PFVCCVDD05VVININ0PULSE 05V10NS1N1N50N100N 模型卡 模型卡中列出了一系列元件的类型 并给出了各类型元器件的有关参数 对于不同类型的元件 参数的集合有不同的内容 一个模型对应于一类元件 不同的元件可以对应同一模型 其中各元件间的参数值可能不同 但参数集是一样的 一般值相同的参数的值在模型说明中给出 模型卡的语句是一条条 MODEL引导的模型说明语句 每个模型有一个名字 模型卡 电阻模型 MODEL模型名Rkeyword valueNOISE RX 热噪声参数 inr SQRT NOISE 4KT R 噪声 电容模型 MODEL模型名Cparameter value 模型卡 有源器件的模型说明都有一个LEVEL参数 不同的LEVEL对应不同的模型参数集 二极管模型 MODEL模型名D 电阻 电容 电流参数例 MODELDD CO 2PF RS 1 IS 1P MODELDFOWLERD LEVEL 2 TOX 100 JF 1E 10 EF 1E8 MODELDGEOD LEVEL 3 JS 1E
