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1、第一章 概 论1.1 HSPICE 简介随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高， 对电路性能的设计 要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的 EDA工具提出越来越高的 要求。自 1972 年美国加利福尼亚大学柏克莱分校电机工程和计算机科学系开发 的用于集成电路性能分析的电路模拟程序 SPIC E( Simulation Program with IC Emphasis)诞生以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的 电路模拟分析工具不断涌现。HSPICE是Meta-Software公司为集成电路设计中 的稳态分析， 瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的
2、一个商业化通 用电路模拟程序， 它在柏克莱的 SPICE(1972 年推出)， MicroSim 公司的 PSPICE (1984 年推出)以及其它电路分析软件的基础上，又加入了一些新的功能，经 过不断的改进，目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。HSPICE可与许多主要的EDA设计工具，诸如Can de nce,Workview等兼容，能提供许多重要 的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。采用HSPICE软件可以在直流到高于100MHZI勺微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。在实际应用中，HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时，
3、其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。1 .2 HSPICE 的特点与结构HSPICE除了具备绝大多数SPICE特性外，还具有许多新的特点，主要有：! 优越的收敛性! 精确的模型参数，包括许多 Foundry 模型参数! 层次式节点命名和参考!基于模型和库单元的电路优化，逐项或同时进行AC, DC和瞬态分析中的优化! 具备蒙特卡罗( Monte Carlo )和最坏情况( worst-case )分析! 对于参数化单元的输入、出和行为代数化! 具备较高级 逻辑模拟标准库的单元特性 描述工具! 对于PCB多芯片系统、封装以及IC技术中连线间的几何损耗加以模拟 在HSPICE中电路的分析类
4、型及其内部建模情况如图1.2. 1和图1.2.2所示：图1.2.1HSPICE的电路分析类型集成电路设计中的分析和 验证是一种典型的围绕一系列结构的试验和数据 管理。在电路性能分析中，一般都要在不同应用条件下，根据需要加入各种容差 和限制后进行直流分析（.DC）、交流分析（.AC）和瞬态分析（.TRAN ）。HSPICE 模拟时的程序结构如图1.2.3所示#图1.2.3 HSPICE模拟时的程序结构HSPICE能够通过不同的源文件去访问各种输入和模拟控制信息，并绘制和 输出有关节点的分析 曲线和结果。图1.2.4表示了 HSPICE模拟过程中各数据的状态r 、AvriraWivpi(ijrif
5、 i rindainntysiSicfy(QtdpuicxinngLMatbr rile；1!*：佃肿片so inputh/fc*dct and cJevlce 口 arhi iil.I a. - i ir*g/rwn酬id.”匸i 11 i irb.nl 厅h|Ljd# flp -npiinriribrKlfcwr CMilpiil FiwigsighvfeicQ3grT imr*W*ig：iyiLK凰 心顾工ITO* gr# 旳par*Prinr nrGrc)phcspkirtMIvr jropy i|t=r即“曲泊图1.2.4 HSPICE模拟过程各数据状态#1.3 HSPICE 的输入
6、与输出 文件HSPICE根据输入网表（netlist）文件运算并产生仿真结果，仿真结果存储 在输出 列表文件或图形数据文件之中。HSPICE 读或写的文件都与当前的电路设计有关， 而且 都采用电路设计名作 为前缀。一般情况下，与一个设计有关的 所有文件都存放在同一目 录下面。一. 文件名的 后缀1.HSPICE输入文件配制文 件 meta.cfg初始化文件 hspice.ini直流工作点 初始化文件.ic输入网表文件 .sp库输入 文件模拟转移数据文件 .d2a2.HSPICE 输出文件输出列表 瞬态分析结果 瞬态分析 测量结果 直流分析结果 直流分析 测 量结果 交流分析结果 交流分析测量结
7、果 硬拷贝图形 数据 数字输出FFT 分析图形 数据 子电路 交叉列表 输出状态 工作点节点电 压（ 初始条 件）.lis 或由用户自 己定义.tr#+.mt#.sw#+.ms#.ac#+.ma#.gr#+.a2d.ft#+.pa#.st#.ic般从 0 开始# ：代表扫描分析序号或者硬拷贝文 件序号，+:表示在用.POST语句产生图形数据后该文件才被确立+:表示该文件需要一个.GRAPH语句或有一个针对meta.cfg文件中存在的 文件的地址计数器。该文件在HSPICE的PC版中不产生。+:表示只有当应用了 .FFT语句后该文件才被确立. 输入网表文件输入网表文件和库输入 文件能够由一个线路
8、网表转换 器或用一个 文本编 辑器产生。1. 写输入网表文件的规则输入网表文件的第一个语句必须是标题行，最后一个语句必须是.END语 句，它们之间的语句次序是随意的，除非是续行(行首有“”的行)必 须 接在要接下去的行后面，最后值得注意的是.ALTER子模块必须紧跟文件的 结尾并出现在 .END 语句前。注释行可加在 文件中的任何地方。2. 输入文件的 编辑(a) HSPICE 采用自 由格式输入。 语句 中的域 由一个或多个 空格，一个Tab, 个逗号，一个等号或一个左/右圆括号分开。(b) 除UNIX系统中的文件名外，不予区分大写或小写字母。(c) 每行语句长度限于80个字符以下。(d)
9、个语句如在一行写不下，可以用续号继续下去。续行以“+”作为 第一个非数值、非空格字符。(e) 输入网表文件不能被“打包”，也不能被压缩。(f) 输入网表文件中不要采用特 殊的控制字符 。三. 输出列表文件电路模拟运行的结果和输入 网表都被放入输出列表文件。输出列表文件被 自动地取与指定的输入列表文件相同的前缀，不同的仅是带有“.lis”后缀。 如输入列表文件为netlist.sp则输出列表文件为netlist.lis。输出列表文件包含了由输入列表文件中的 .PLOT、.PRINT 以及分析语句指定 的 模 拟结果。 例如 输 入列 表文 件包 含了 多于 一次的 模拟运行 (通过采 用.ALT
10、ER、.INCLUDE、.DATA等语句)，输出列表文件中也包含了每一次模拟 运行的结果。四.数值比例因子HSPICE 中的数值可以是整形数、 浮点数。一个 整形数或浮点数后跟随一 个整形指数(如1e-14,2.65e3但不能是1e-3pf)或者一个整形数或浮点数后跟 随一个以下列出的数值比例因子：MI=25.4E-6FT=.305DB=20lg10F=1e-15P=1e-12N=1e-9U=1e-6M=1e-3T=1e12G=1e9MEG=X=1e6K=1e3图1.3.1显示了 HSPICE的模拟流程1. Invocation2 Run scrip!3. Licensing4. Simula
11、tion configuration5. Design inputCi. L止xary inputI. Operating pointInftialization8. Multipoint analysis9 Single point analysis10. Worst ease ALTERII. Clean up图1.3.1 HSPICE模拟流程第二章电路的描述语句本章介绍HSPICE的一些主要描述电路的语句。用这些语句对电路模拟的标 题，电路的连接方式即拓扑信息，构成电路的元件、器件、电源等的属性、参数、 模型、所加的注释、电路模拟结束等进行描述。 2.1输入描述语句和规定在输入的电路描述
12、语句中输入的第一条语句是标题语句，最后一条语句必须 是结束语句。.标题语句（.TITLE语句）一般形式： .TITLE 或 例：POWER AMPLIFIER CIRCUIT TEST若用户不需要标题，则第一行必须空出，否则第一行的其它 HSPICE 语句被 作为 标题行，而不被 执行。二. 结束语句 (.END)一般形式： .END 注意不能少，它是结束语句整体的一部分。若一个HSPICE1入文件包含 有几个HSPICE的运行，则每一个HSPICE运行的最后都要加上.END语句。例 MOS OUTPUT.OPTIONS NODE NOPAGEVDS 30VGS 20M1 1 2 0 0 MO
13、D1 L=4U W=6U AD=10P AS=10P.MODEL MOD1 NMOS VTO=-2 NSUB=1.0E15 TOX=1000UO=550VIDS 3 1.DC VDS 0 10 0.5 VGS 0 5 1.PRINT DC I(M1) V(2).END MOS OUTPUTMOS CAPS.OPTION SCALE=1U SCALM=1U WL ACCT .OP.TRAN .1 6V1 1 0 PWL 0 -1.5V 6 4.5VV2 2 0 1.5VOLTSMODN1 2 1 0 0 M 10 3M2 .MODEL M NOS VTO=1 NSUB=1E15 TOX=1000
14、+ UO=800 LEVEL=1 CAPOP=2.PLOT TRAN V(1) (0,5) LX18(M1) LX19(M1)+ LX20(M1) (0,6E-13).END MOS CAPS三. .GLOBAL 语句一般形式：.GLOBAL nodel node2 node3 no de1 Global no des, such as supply and clock n ames,override local subcircuit definitions输入文件若定义了.GLOBAL语句，则输入文件所有子电路中与.GLOBAL节点 名相同的节点 将都 被自 动定义 成有 连接关系。一 般线 路的电 源、地被定义 成.GLOBAL语句。四 . 注释语句是用户对程序 运算和分析时加以 说明的语句。在列出输入程序时 会打印出 来，但不参与模拟分析。 该语句 可放在输入文件标题语句 以后的任意位置加以注一般形式：* 或 HSPICE statemen
