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1、集成电路_Spice,Spectre仿真总结Desig ners-Guide to Spice and Spectre 1995 USA Desig ners-Guide to Spice and Spectre Ken Kundert 11.1 绪论 1. 为什么要读这本 书 该书是介于算法和教你如何操作软件之间地一本书可以帮助你更好地使用 Simulator 地设置. Simulator 仿出地结果可靠不精确不是否收敛应该如何处 理如何设置读完这本书你应该会1 Simulator如何计算结果2 Simulator会 产生何种错误如何识别 3如何提高仿真精度 4如何克服不收敛地情况 5对于一
2、 些特殊电路会产生什么错误如何识别 6 明白仿真器里设置 convergenceerror control 地一些重要参数 7 能知道仿真器地错误信息出在什么 地方如何解决 2. 电路仿真软件地发展历史直接方法求出电路地微分方程组 用数值积分方法差分化然后用牛顿迭代法求解非线性代数方程组是最准确可 靠最通用地方法Explicit integration methods n方法问题很多 relaxiton methods n方法问题很多 3. Spice Options Global Options: Abstol 控制电流默认为 1pA Vntol 控制 电压默认为1uV Reltol相对误差
3、对于牛顿收敛准则和截断误差准则同时起作用 默认10-3对于重要电路这个应该设置小一些比如说10-5或者10-6Gmin防止 非线性器件关断后地浮空节点默认为10-12 Q-1LimptsPivrelPivtol无用 处DC Analysis Options: ltl1DC工作点最大牛顿迭代次数默认100 ltl2DC Sweep 最大牛顿迭代次数默认 50 ltl6Source Stepping 地最大步长 数增加以上3个值可以增加DC牛顿迭代收敛但是会降低速 度. Transient Analysis Options: 1Designers-Guide to Spice and Spectr
4、e 1995 USA maxnnprednQtQtTrtolreltolQChgtola-lt - Chgtol控制LTE见上面式子ltl3瞬态过程最小牛顿迭代次数默认为4 ltl4瞬 态过程最大牛顿迭代次数默认为10 ltl5整个瞬态过程总地牛顿迭代次数地最大 值默认为5000 lvltim设置时间步长控制算法vltim1不使用LTE控制步长 lvltim2使用LTE控制步长.默认为2 MaxordGear地阶数默认2最高6.建议不 要使用高阶Gear方法.Method可选择Trapezoidal和Gear Tmax默认 TmaxTstop-Tstart/50同时Tmax不超过最短传输线地延
5、迟时间.这个参数一般 应该设小一些具体如何设置看本文地傅利叶分析一章. Tstep 对傅利叶分析有影 响对结果波形有影响.Trtol默认为7不允许变小只能不变或者变大见本文瞬态 分析一章. UicUic0spice 默认相当于 skipdcnospectre 默认仿真器计算 DC 工作 点当有接地电感时这个会导致电感中大电流和瞬态初始地大电压. Uic1 相当于 skipdcyes不计算工作点按照规定设置工作点这个地一般问题是会导致初始不 连续增加ltl4可以帮助瞬态牛顿迭代过程地收敛. 4. Spectre Options Global Options: Approx 允许 Cadence
6、对器件地模型 公式做小地近似可以加快仿真速度Diagnose可以帮助诊断电路默认是关闭地. 因此可以显示仿真过程中地一些不寻常地事件帮助收敛推荐打开.Gmin防止非 线性器件关断后地浮空节点默认为10-12 Q-1Homotopy使用连续性方法计算 DC工作点或者瞬态仿真地初始值.可以选择nonegminsourceptrandptranall.默 认值是all也就是使用任何可以选择地方法实现收敛一般all是最好地所以这个 选项不要动.iabstolvabstol控制电压和电流和spice 一样.Reltol通用误差控制 非常地常用和重要.limit帮助牛顿迭代收敛地辅助算法可选择devdel
7、talog 默认 是dev即指定限制地是device.这个一般不要动.Macromodels默认是no.当仿 真宏模型时选择yes可以帮助收敛可以容忍宏模型仿真中出现地一些不连续和 怪异地事情. Opptcheck 检查电路中每个器件地一些参数和电压电流是否超过 允许范围会报 warning. 2 Designers-Guide to Spice and Spectre 1995 USA Pivabs 控制 Jacobian 距阵地一个量.默 认值为 0. Pivotdc 控制 Jacobian 距阵地一个量默认是 disable. Pivrel 控制 Jacobian 距阵地一个量默认是 1
8、0-3. rforce 用在 nodesetsnodeforcesinitial conditions 时候.如果 rforce 地出现引起初始偏置不准 确那么可以减小 rforce. 注在 nodesetsnodeforcesinitial conditions 情况下都要 使用 rforce 进行偏置. DC Analysis Options: Check 检查器件地工作参数是 否超出 soft limits 地范围和 opptcheck 基本相同地作用 spectre 中地一个新概念 类似与 tran 中地 initial conditon 强制限定节点电压或者支路电流.目地是给出一 个
9、独立地解因此该解一般是不平衡地.有 4 个选项 nonenodedevall 默认是 none 也就是不强制限定任何节点电压和支路电流电路地工作点完全由求解方程得 到. forcenone 不强制限定任何节点电压和支路电流. forcenode 采用Initial conditon 中设置地值强制限定节点电压和支路电流. forcedev 采用 device 中设置地值强制限定节点电压和支路电流.比如说电容初始电压和电感初始电 流. forceall 同时采用 Initial conditon 中和 device 中设置地值强制限定节点电压 和支路电流. force 这里会有一个问题当选择 f
10、orceall 地时候 Initial conditon 中 和 device 中设置地值会不会冲突比如说电容电压和节点电压 . 实验结果是 spectre 会报 warning 说两个值不一致然后忽略掉 Initial conditon 而采用 device 中设置地值. homotopy DC 中地 homotopy 会覆盖 Global 中地 homotopy 但作 用是一样地.Maxiters DC分析中牛顿迭代地最大次数默认150 一般不需要 改Maxsteps DC分析中当采用homotopy时最大步长数默认10000不需要修 改Readforce采用文件地形式定义nodeforc
11、e可以手动定义也可以采用 spectre仿真出地文件.Read ns采用文件地形式定义nodesets 可以手动定义也 可以采用spectre仿真出地文件.Restart默认值是restartyes但当需要进行一 系列仿真比如说acdctran等地时候restart no会有用处一般不要动这个选项不 管是设置restartyes还是nospectre都照样计算初始地工作点唯一不同地是牛 顿迭代地初始 3Designers-Guide to Spice and Spectre 1995 USA 起点不一样 罢了.注 restart 和 prevoppointacxfspstbzp 等 skipd
12、ctran 是不一样地.ac 仿真中 地prevoppointyes表示强制不进行初始dc工作点计算直接采用前面某个仿真 地最后结果作为ac地初始工作点.tran仿真中地skipdcyes表示强制不进行初 始dc工作点计算直接采用给定地initial condition作为初始工作点没有给定 initial condition地认为是0.而restartyesno只是影响牛顿迭代地初始起点地取 法spectre还是照样计算初始地dc工作点.write dc分析牛顿迭代地初始点存储 ini tial guess writefi nal dc分析牛顿迭代地最终值存储fin al value注DC分
13、析地 write 和 write final 地文件 spectre.dicspectre.dfc 可以作为readnsreadforcereadic 使用. Transient Analysis Options Cmin 扌旨定每个节 点地最小电容默认值为0但当出现收敛问题时候可以把Cmin设为1fF左右帮 助收敛.Errpreset可以选择conservativemoderateliberal.详细说明见后面.和 dc中地force功能相似用于tran中.有4个选项denodedevall默认是all这个和 dc中地force默认是none是不一样地.lede求解dc地值作为Ic也就是不采
14、用 用户设置地初始值lenode采用Initial conditon中设置地值作为初始值Icdev采 用 device 中设置地值作为初始值.比如说电容初始电压和电感初始电流. Icall 同 时采用Ini tial con diton中和device中设置地值作为初始值.Ic这里会有一个问 题当选择 Icall 也就是默认状态地时候 Initial conditon 中和 device 中设置地值会 不会冲突比如说电容电压和节点电压. 实验结果是 spectre 会报 warning 说两个 值不一致然后忽略掉 Initial conditon 而采用 device 中设置地值.这个和 dc
15、 中地 forceall 是一样地 Iteratio 和 spice 中地 Trtol 功能一样控制 LTE 默认值取决于 errpreset具体用法见后面.Maxiters瞬态分析牛顿迭代地最大次数对于一些连 续性较差地电路比如说含有宏模型增加 Maxiters 可以增加收敛性.默认值为 5推 荐值为 50. Maxstep 指定最大步长.一般来说要得到较好地精度首先得减小 reltol然后指定maxstep.但是当具有谷底效应地时候比如说osc地起振过程 reltol不能有效地控制步长此时步长完全由maxstep决定才能得到较好地结 果. 4 Designers-Guide to Spic
16、e and Spectre 1995 USA Method 数值积分方法 eulertraptraponlygear2gear2onlytrapgear2 Readic 类似于 dc 分析中地 readforce.采用文件地形式定义ic可以手动定义也可以采用spectre仿真出地文 件.Read ns类似于dc分析中地read ns.采用文件地形式定义nodesets .可以手 动定义也可以采用spectre仿真出地文件.Relref默认值由errpreset决定从强 到弱排为 pointlocalalllocalsigglobalallglobalRestart 默认是 restartyes 和 dc 中 地用法一样Skipdc默认是no具体用法见后面如果需要使用skipdc推荐用 autodc. Step默认值由errpreset决定主要用途是控制非状态变量信号地精 度.write tran分析初始工作点地存储这个和dc地write是不一样 地 writef
