hspice教程学习教案

1、会计学1hspice教程教程(jiochng)第一页，共96页。第1页/共96页第二页，共96页。计计第2页/共96页第三页，共96页。设设 计计 指指 标标 要要 求求确确 定定 电电 路路 方方 案案确确 定定 电电 路路 参参 数数选选 定定 分分 析析 方方 法法修修 改改 电电 路路 参参 数数修修 改改 电电 路路 方方 案案数数 学学 方方 法法C C A A C C A A实实 验验 方方 法法结结 果果性性 能能 满满 足足 要要 求求确确 定定 电电 路路第3页/共96页第四页，共96页。第4页/共96页第五页，共96页。n驱动点分析驱动点分析求出非线性电阻网络的驱动求出非

2、线性电阻网络的驱动点电流和驱动点电压之间的关系，点电流和驱动点电压之间的关系，这也是网络的直流解。这也是网络的直流解。第5页/共96页第六页，共96页。到网络的幅频特性与相频特性，到网络的幅频特性与相频特性，得到在给定频率下的输入与输出得到在给定频率下的输入与输出阻抗等。对非线性动态网络可求阻抗等。对非线性动态网络可求出有输入或无输入时的稳态周期出有输入或无输入时的稳态周期解解第6页/共96页第七页，共96页。n温度特性分析温度特性分析求出在各种温度网络的各种求出在各种温度网络的各种特性特性第7页/共96页第八页，共96页。n最坏情况分析最坏情况分析求电路求电路(dinl)特性的最坏情特性的最

3、坏情况况(在电路在电路(dinl)元件参数取最元件参数取最坏的极端值时求电路坏的极端值时求电路(dinl)的的特性）特性）第8页/共96页第九页，共96页。第9页/共96页第十页，共96页。电电路路构构成成输出结果输出结果输入电路的拓扑信输入电路的拓扑信息和元件特性息和元件特性解方程求数值解解方程求数值解确定器件模型确定器件模型并处理并处理建立电路方程建立电路方程第10页/共96页第十一页，共96页。第11页/共96页第十二页，共96页。第12页/共96页第十三页，共96页。第13页/共96页第十四页，共96页。第14页/共96页第十五页，共96页。第15页/共96页第十六页，共96页。第16

4、页/共96页第十七页，共96页。第17页/共96页第十八页，共96页。第18页/共96页第十九页，共96页。第19页/共96页第二十页，共96页。第20页/共96页第二十一页，共96页。第21页/共96页第二十二页，共96页。第22页/共96页第二十三页，共96页。由由.MODEL第23页/共96页第二十四页，共96页。第24页/共96页第二十五页，共96页。户自行选定。户自行选定。AREA是面积因子，是面积因子，OFF规定在直流分析时在器件上所规定在直流分析时在器件上所加初始条件为关态。如未指定加初始条件为关态。如未指定AREA则缺省值为则缺省值为1.0。若瞬态分析。若瞬态分析不要求从静态工

5、作点开始，就可规不要求从静态工作点开始，就可规定定ICVD为初始条件。为初始条件。第25页/共96页第二十六页，共96页。第26页/共96页第二十七页，共96页。第27页/共96页第二十八页，共96页。第28页/共96页第二十九页，共96页。第29页/共96页第三十页，共96页。n例：例：U1 NAND(2) 1 2 10 Do_Gate I/O_PET第30页/共96页第三十一页，共96页。第31页/共96页第三十二页，共96页。n其中其中N+和和N-分别是独立电压源的分别是独立电压源的正负节点，正电流从正节点进入独正负节点，正电流从正节点进入独立电压源流入负节点。立电压源流入负节点。第32

6、页/共96页第三十三页，共96页。流源的正负节点，电流从正节点流流源的正负节点，电流从正节点流入独立入独立(dl)电流源，从负节点流电流源，从负节点流出。独立出。独立(dl)电流源不必接地电流源不必接地第33页/共96页第三十四页，共96页。V1V1V2V2TRCTRCTRDTRDTFDTFDTFCTFCt tV(V)V(V)第34页/共96页第三十五页，共96页。V1V1V2V2TRTRTDTDTFTFt tV(V)V(V)PERPERPWPW第35页/共96页第三十六页，共96页。V(V)V(V)T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5T6T6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6V

7、6t t第36页/共96页第三十七页，共96页。nMODnFS信号频率信号频率(pnl)第37页/共96页第三十八页，共96页。nALPHA阻尼因子阻尼因子nTHETA 相位延迟相位延迟第38页/共96页第三十九页，共96页。第39页/共96页第四十页，共96页。第40页/共96页第四十一页，共96页。第41页/共96页第四十二页，共96页。n非线性电流控制电流源常作为非非线性电流控制电流源常作为非线性电阻线性电阻第42页/共96页第四十三页，共96页。 n非线性电压控制非线性电压控制(kngzh)电流源电流源常作为非线性电导常作为非线性电导第43页/共96页第四十四页，共96页。第44页/共

8、96页第四十五页，共96页。模模结结第45页/共96页第四十六页，共96页。第46页/共96页第四十七页，共96页。(boku)器件模型，子电路调用，器件模型，子电路调用，其它子电路定义等其它内容。其它子电路定义等其它内容。第47页/共96页第四十八页，共96页。须须.SUBCKT语句中定义的顺序语句中定义的顺序一致。一致。第48页/共96页第四十九页，共96页。第49页/共96页第五十页，共96页。第50页/共96页第五十一页，共96页。直流总功耗直流总功耗3、所有晶体管各极的电流和电、所有晶体管各极的电流和电压压4、非线性受控源的小信号、非线性受控源的小信号(线性线性化化)参数参数第51页

9、/共96页第五十二页，共96页。第52页/共96页第五十三页，共96页。元器件值和模型参数都将打印出元器件值和模型参数都将打印出指定输出量的元件灵敏度和归一指定输出量的元件灵敏度和归一化灵敏度。因此这个语句很容易化灵敏度。因此这个语句很容易产生大量的输出。产生大量的输出。第53页/共96页第五十四页，共96页。第54页/共96页第五十五页，共96页。必须使用必须使用.PRINT,.PLOT或或.PROBE中的一个。中的一个。第55页/共96页第五十六页，共96页。第56页/共96页第五十七页，共96页。第57页/共96页第五十八页，共96页。第58页/共96页第五十九页，共96页。在温度在温度

10、(wnd)为标称温度为标称温度(wnd)TNOM下的值，若下的值，若无无.TEMP语句，则程序将在温度语句，则程序将在温度(wnd)TNOM27下进行模下进行模拟。拟。第59页/共96页第六十页，共96页。收敛后就去掉这些约束条件继续收敛后就去掉这些约束条件继续选代，直到算得真正的解为止。选代，直到算得真正的解为止。第60页/共96页第六十一页，共96页。(fnx)和瞬态分析和瞬态分析(fnx)中不在起中不在起作用，而作用，而.IC的值用来计算瞬态分析的值用来计算瞬态分析(fnx)偏置点以及非线性元件的线偏置点以及非线性元件的线性化参数，它不影响性化参数，它不影响DC扫描。扫描。第61页/共9

11、6页第六十二页，共96页。第62页/共96页第六十三页，共96页。.WASE 语句是对电路进行灵敏度和最坏情况分析。该语句是在参数变化时，对所选的分析多次运行,与.MC不同的是.WCASE每次运行只改变一个器件参数，而monte carlo统计分析是参数按指定的统计规律同时随机的变化。由于.WCASE每次运行时可求出每个参数对输出变量(波形)的灵敏度，在所有的灵敏度都得到后，在最后一次运行中使各个参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变，这样就进行了最坏情况分析了。如果器件参数有5个， .WCASE 开始(kish)按参数的标称值进行第一次分析，然后由各自容差分别改变一个参数共运行5次，最后进

12、行最坏情况分析，所以.WCASE 共进行参数变量加二次等于7次分析。第63页/共96页第六十四页，共96页。第64页/共96页第六十五页，共96页。第65页/共96页第六十六页，共96页。则表示则表示(biosh)包括文件的末包括文件的末尾；尾；.INC语句最多有语句最多有4级级“包包括括”。第66页/共96页第六十七页，共96页。第67页/共96页第六十八页，共96页。第68页/共96页第六十九页，共96页。第69页/共96页第七十页，共96页。第70页/共96页第七十一页，共96页。第71页/共96页第七十二页，共96页。第72页/共96页第七十三页，共96页。第73页/共96页第七十四页

13、，共96页。第74页/共96页第七十五页，共96页。第75页/共96页第七十六页，共96页。第76页/共96页第七十七页，共96页。代次数，可能会导致收敛。代次数，可能会导致收敛。这种方法，往往对计算终止这种方法，往往对计算终止值在真实解附近值在真实解附近(fjn)较有效。较有效。使用OFF项在直流计算时，可关断所有对直流计算是截止的半导体器件。偏置点首先是假定被设定的器件都是在截止时得到的，收敛后再允许这些器件中有电流通过，以使它们的端电压与实际相符，处于(chy)正常工作，然后继续迭代至收敛。因此ONOFF项不影响偏置点的最终解，只影响对初始迭代的估计。所以，这种方法对非线性工作区是最有效

14、。使用.NODESET语句 .NODESET 语句是节点电压设置语句，用它可以对电路中某些节点设置初始电压。在直流分析时将对予置节点接上设定的电压源，进行迭代直至收敛，再将这些电压源去掉继续迭代直至收敛到最终解。因此该语句仅起帮助收敛的作用并不影响直流偏置点的最终解。 放宽分析精确度收敛的最终判据是用相对误差和绝对误差来表示的，这些误差直接反映了分析的精度。如果放宽了分析的精度也就放宽了收敛的条件。如果设置RELTOL0.02，ABSTOL10-10，VNTOL=10-4,且把ITL1设为300，这就比用它们的缺省值都大，即放宽了收敛条件，如果这时收敛了，就记下非线性元件控制节点的直流电压值，

15、并把这些节点的电压用.NODESET语句设定记下的节点直流电压值，然后恢复上述任选项的值，即提高分析精度，再运行一次，看是否收敛。使用UIC开关 在以上方法都不能使直流偏置点收敛时，使用开关UIC可作为最后的偿试。该法获得正确结果的可能性约98。这种方法是在不用直流(DC)和交流(AC)分析时只进行瞬态分析，并用获得的稳态输出值作为给节点进行电压值设定，再按要求，重新进行所需的分析。 具体步骤如下：1、如果在输入文件中有.OP和.AC语句，则去掉这些语句，只进行瞬态分析。去掉所有脉冲，指数或正弦输入源。 2、设置合理的模拟时间。 3、使用.TRAN语句中的UIC开关，这将允许在没有求解静态工作

16、点的情况下就进行瞬态计算。 4、对电路的输入文件中的每一个非线性控制节点添加观察项5、运行该分析。6、从输出曲线图中每一节点的输出波形取值。将这些电压值作为节点设置来决定每个非线性控制节点的初始电压。7、重新加上所需要的独立电源、.OP和.AC语句。8、.TRAN语句中去掉UIC开关,再开始分析。第77页/共96页第七十八页，共96页。第78页/共96页第七十九页，共96页。第79页/共96页第八十页，共96页。第80页/共96页第八十一页，共96页。第81页/共96页第八十二页，共96页。nTc2 缺省值为缺省值为0n电容值与电压和温度的关系为：电容值与电压和温度的关系为：Cnew=Valu

17、e*C*1+Vc1*V+Vc2*V2*1+Tc1*(T-T0)+Tc2*(T-T0)2第82页/共96页第八十三页，共96页。nTc2缺省值为缺省值为0n电感值与电流和温度的关系为：电感值与电流和温度的关系为：Lnew=Value*L*1+IL1*I+IL2*I2*1+Tc1*(T-T0)+Tc2*(T-T0)2第83页/共96页第八十四页，共96页。n磁畴壁约束常数磁畴壁约束常数K缺缺省值为省值为500第84页/共96页第八十五页，共96页。第85页/共96页第八十六页，共96页。第86页/共96页第八十七页，共96页。第87页/共96页第八十八页，共96页。 为了模拟晶体管中的电荷存贮效应

18、采用(ciyng)电容模型来模拟。晶体管中的存贮电荷一部分是由PN结的空间电荷区存贮的，并用结势垒电容来表示，另一部分是由于注入的少数载流子引起的，这部分电荷用注入的载流子电荷或扩散电容来表示。其中B-E结电容为： Cbe = B-E结电容= Ctbe + areaCjbeCtbe = 扩散电容 = tfGbetf = 有效度越时间 = TF(1+XTF(Ibe1/(Ibe1+areaITF)2eVbc/(1.44VTF)Gbe = B-E直流电导 = (dIbe)/(dVb)Ibe = Ibe1 + Ibe2Cjbe = CJE(1-Vbe/VJE)-MJE Vbe FCVJE 考虑晶体管的

19、准饱和效应，在本征集电极和集电极串联电阻之间加入了一个新的节点，并加上了受控电流源，二个受控电容分别用Qw和Qo，表示。如果模型参数RCO0，则准饱和效应就考虑.Iepi = area(VO(Vt(K(Vbc)-K(Vbn)-ln(1+K(Vbc)/(1+K(Vbn)+Vbc-Vbn)/RCO(|Vbc-Vbn|+VO)Qo = areaQCO( K(Vbc)-1-GAMMA/2 )Qw = areaQCO( K(Vbn)-1-GAMMA/2 )K(v) = (1+GAMMAe(v/Vt)1/2第88页/共96页第八十九页，共96页。在模型参数中，直流特性(txng)由下列参数确定。VTO和B

20、ETA决定漏电流随栅压的变化，LAMBDA决定输出电导，IS是两个栅结的饱和电流。模型中还包括两个欧姆电阻RD和RS。电荷贮存效应由两个栅结的非线性耗尽层电容模拟，该电容随结电压的-1/2幂变化并由零偏压时CGS、CGD和结电势PB所决定。 当VTO0，表明是耗尽型JFET，不论是N沟还是P沟，VTO0，表明器件是增强型JFET。直流模型Ig = 栅极电流 = area(Igs + Igd)Igs =栅源结的泄漏电流= In + IrKgIn = PN结传输电流 = IS(e Vgs/(NVt)-1)Ir = 复合(fh)电流 = ISR(e Vgs/(NRVt)-1)Kg = 产生因子 =

21、(1-Vgs/PB)2+0.005)M/2Igd =栅漏结的泄漏电流= In + IrKg + IiIn = PN结传输电流 = IS(e Vgd/(NVt)-1)Ir =复合(fh)电流 = ISR(e Vgd/(NRVt)-1)Kg =产生因子 = (1-Vgd/PB)2+0.005)M/2Ii = 碰撞电流Ii = IdrainALPHAvdife-VK/vdif 0 Vgs-VTO 0：Idrain = 0Vgs-VTO 0Idrain = BETA(1+LAMBDAVds)Vds(2(Vgs-VTO)-Vds) Vds Vgs-VTOIdrain = BETA(1+LAMBDAVds)(Vgs-VTO)2 0 Vgs-VTO VdsVds 0：仅需将上面公式中所有的源和漏对调一下即可。栅源PN结耗尽层电容Cgs = areaCGS(