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1、.,第五讲,Hspice电路仿真,.,Outline,Spice Overview Hspice 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,.,Spice Overview,Circuit simulation backgroud,.,Spice Overview,SPICE : Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis Developed by UC Berkeley Numerical Approach to Circuit Simul
2、ation Circuit Node/Connections Define a Matrix Must Rely on Sub-Models for Behavior of Various Circuit Elements Simple (e.g. Resistor) Complex (e.g. MOSFET),.,Spice Overview,Circuit Analysis tool for Simulation of Electrical Circuits in Steady-State, Transient, and Frequency Domains. Spice tools ava
3、ilable: SBTSPICE, HSPICE, Spectre, TSPICE, Pspice, Smartspice . Most of the SPICE tools are originated from Berkeleys SPICE program, therefore support common original SPICE syntax Basic algorithm scheme of SPICE tools are similar, however the control of time step, equation solver and convergence con
4、trol might be different.,.,Spice Overview,SPICE Simulation Algorithm - DC,.,Spice Overview,SPICE Simulation Algorithm - Transient,.,Spice Overview,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
5、,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 Monte Carlo, 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cmd shell窗口中运行的程序，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,HSPI
6、CE 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 Enter input file name: 此时输入你的HSPICE网表文件，缺省的扩展名为.sp Enter output file name or directory: 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
7、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： hspice demo.sp 或者 hspice demo.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(Hspice netlist for the RC network circuit)： .title A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT
8、AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .END,.,Hspice的输出,输出文件：一系列文本文件 *.ic ：initial conditions for the circuit *.lis ：text simulation output listing *.mt0,*.mt1 ：post-processor output for MEASURE statements *.pa0 ：subcircuit path table *.st0 ：run-time statistics *.tr
9、0 ,*.tr1：post-processor output for transient analysis *.ac0,*.ac1: post-processor output for AC analysis MetaWave：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
10、,网表： 网表是描述电路元件和连接关系的部分，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： V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .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
11、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 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c1 1 2 10pF； 单位可以省略，例如c1 1 2 10p,.,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
12、.GLOBAL语句定义成跨越所有子电路的全局节点：.GLOBAL node1 node2 node3 node1 node2 node3都是全局节点，例如电源和时钟名 节点0，GND, GND!, 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： Rxxx n1 n2 resistance 电阻值可以是表达式。例： Rterm input gnd R=sqrt(HERTZ) Rxxx 9 8 1 AC=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： Cxxx n1 n2 c
13、apacitance 例，Cload driver output 1.0e-6。,.,电路网表,无源器件： 电感： 一般形式： Lxxx n1 n2 inductance,.,电路网表,有源器件： 二极管： Dxxx nplus nminus mname /params 模型中的寄生电阻串联在正极端。 双极型晶体管： Qxxx nc nb ne mname JFET： Jxxx nd ng ns mname,.,电路网表,有源器件： MOSFET: Mxxx nd ng ns mname Or Mxxx nd ng ns mname 下面是一个CMOS反相器网表： Mn out in 0 0
14、NMOS W=1.2u L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=3u L=1.2u ,.,电路网表,子电路语句 子电路定义开始语句 .SUBCKT SUBNAM 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 .SUBCKT OPAMP 1 2 3 4,.,电路网表,子电路语句 子电路终止语句 .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 .ENDS OPAMP 子电路调用语句 X* SUBNAM 例 .Xopa1 a b c
15、 c OPAMP,.,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： .global vdd .SUBCKT INV IN OUT wn=1.2u wp=1.2u Mn out in 0 0 NMOS W=wn L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=wp L=1.2u .ENDS X1 IN 1INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT01PF VCCVDD 0 5V ,.,电路网表,激励源： 独立源：电压源V，电流源I Vxxx/I
16、xxx n+ n- dcval + 例，V1 1 0 DC=5V或 V1 1 0 5V I1 1 0 DC=5mA 或 I1 1 0 5mA 交流模式：V1 1 0 AC=10V,90 幅度为10v，相位为90度 交直流模式： V1 1 0 0.5v AC=10V,90 直流分量是0.5v or Vxxx/ Iyyy n+ 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： Vxxx n+ n- PU v1 v2 ,.,脉冲形式举例,例：VPU 3 0 PULSE(1 2 5N 5N 5N 20N 50N),.,电路网表,激励源： 独立源： 正弦形式：Vxxx n+ n- SIN vo va ,.,电路网表,得到的波形：,.,正弦形式举例,例：VIN 3 0 SIN (0 1 100MEG 1NS 1e10),.,电路网表,激励源： 独立源： 逐段线性形式：pwl t1 v1 + vi是ti时刻的值，repeat 是开始重复的起始点；delay是延迟时间
