电路仿真SPICE入门

1、SPICE入门甘才军的SPICE电路仿真笔记关键词：电工学；EDA1 .简介SPICE-simulation program for integrated circuit emphasis 。他将计算机技术、数值技术、晶体管模型很好地结合在一起，可以验证电路设计和预测电路行为。是 EDA技术的基础。其发展史：前身：1968年第一个非线性电路仿真程序cancer1971年改进的cancer版本，更名为SPICE1975年SPICE21983年，SPICE2G61993年用 C语言编写的比较成熟的版本 SPCE3F1997年最新版本SPICE3F5SPICE已经成为事实上的工业标准。PSIPCE是

2、SPICE移植到PC机上的产品。PSIPCE在不但扩展，已经偏离了标准的 SPICE 语法，使用时需注意。现在大多数电路仿真软件都可以直接收入电路，但电路图输入方法不能取代SPICE语言描述电路的方法。 元件的建模、电路结构的研究、对于分析功能的使用等都要求对 SPICE 有较深入的理解。只有在掌握 SPICE语言的基础上，才能使用电路仿真软件。用SPICE可以对电路的分析包括：电路的静态工作点；直流扫描分析；直流小信号的传输函数、交流分析、瞬态分析、灵 敏度分析、噪声分析、畸变分析、蒙特卡洛分析。spice中电路可接受的元件：表2-1 SllCE中电踣可以接受的元件元件英文名称元件名称Ind

3、eperMknt urwl UepenH产nl vullage Hnd rtiirenl vnu一独力电源与受控源R fsisl口 形电阻Capacitors电容也感Mill mil influrhir*互感Tmingmi蜩儒的 lirtpii传输线(>innnl pl运算放大器Switches压控与瘫控开关Dioiles二极管Bip加三极替MOS imnsixl1心MOS管JFKT结型场效应管MESFETGaAn场效脚管在分析时每种元件都有相应温度、默认温度时27摄氏度。2 . SPICE电路文件2.1. 如何描述电路一个完整文件的具体形式：TITLE STATEMENT* ELF M

4、E XT STAf MEM'SCOMMAND CONTROLST ATE MEM'SOLTJH T >TATEV1EMS一 E、D标强行）（注群行）（元件语句）（续行）（续行）分析语句）（输出语句）（结束语句）spice用节点电压法求电解电路。所以首先要为电路的节点编写名称、节点的名称可以 是任意的字符串，但参考节点的名称必须为“0”。下图用数字表示所有节点。这里的节点与电路中的节点稍有不同。任意元件外接端点都是节点。spice算法要求任何节点必须要有到参考节点的通道。若不满足此条件，编写电路前要 在此节点到参考节点间加一个大的电阻（阻值要足够大，如 10e20）,此电阻

5、的存在不会影 响电路的特性。I2V* 标题 my first title R11210R21010R32310R40310* 113DC12Is02DC1.OP.print V（1） V（2） V（3） .end2.2. 元器件值的写法T=1e12G=1e9MEG=1e6K=1e3M=1e-3U=1e-6N=1e-9P=1e-12F=1e-15电路元器件不区分大小写、一律转换为大写元器件值可不带单位，为标准单位，电压（ V）、电流（A）电容（F）,电感（H）,电阻 （建）等。2.3. 电路文件的编辑和运行文件扩展名：.cir 运行和编辑与仿真软件有关3 .元件语句3.1. 电阻、电容和电感3.

6、1.1. 电阻（R）R<name> N1 N2 value如 R input 0 10R1 1 0 1meg3.1.2. 电容和电感C < TlLIIEir > N1 2 VhIut < IC >.< Huriir > M N上 VuIlm1 < Hi >其中，<IC>是初始值，电容，为电压，电感为电流如C1 12 1u 5L1 13 1m省略初始值表示初始值为03.2. 电源3.2.1. 独立恒压源和恒流源V<name> N1 N2 type valueI<name> N1 N2 type val

7、ue type为类型，DC或AC或TRAN3.2.2. 线性受控源(1)压控电压源E<name> N1 N2 NC1 NC2 value(2)流控电流源F<name> N1 N2 Vcontrol value(3)压控电流源G<name> N1 N2 NC1 NC2 value(4)流控电压源H<name> N1 N2 Vcontrol value在压控电源中，控制电压的端点是 NC1和NC2,在流控电源中，控制电流是流过电压 源Vcontrol中的电流。Vcontrol可能是电路中的电压源， 也可能是为了测量支路电路而加入 的0V电压源3.2.

8、3. 分段线性化电源分段线性化电源的语句为：V<name> N1 N2 PWL(T1 V1 T2 V2 T3 V3 .)PWL 是分段线性化电源的标志，T1 V1 T2 V2 分别是各拐点的时间的电压值4 . 直流分析语句4.1. .OP 分析语句OP 是分析直流电路最常用的命令，它指示spice 计算：各节点电压 流过独立恒压源中的电流 每个元件的静态工作点4.2. .DC 分析语句对直流电源的参数进行扫描计算，形式为.DC Sourcename START STOP STEPSTART:起始值，STOP:终止值、STEP,步长 如： .DC V1 1 10 0.1 也可以进行双

9、参数扫描： .DC V1 1 10 0.1 V2 1 5 1扫描计算的点数为V1 的点数与V2 的点数积4.3. .TF 语句.TF OUTSOURCE INSOURCE OUTSORCE 为输出变量，INSOURCE 为输入变量指示 SPICE 计算电路的直流小信号特性：输出变量和输入变量的比值(如增益或传输函数) 输入段的输入电阻 输出端的输出电阻用此命令可以计算有源二端口网络的戴维南等效电路。但要注意，如果电路中含有多个电源， 要分别计算针对每个电源的直流小信号传输函数，戴维南等效电路的开路电压是各个单独电源的作用之和。5 .输由语句输出语句的形式为：. PRINT TYPE 0V1 O

10、V2 OV3 .PLOT TYPE OVI O2 OV3 一.plot绘图输出变量 OV1/OV2/OV3type 是 DC 或 AC 或 TRAN6 .子电路的定以和调用子电路的定义格式：.SLBCKT SUBNAME N1 、2 N3 .一 <fl>>t：M)S SI AME例如，由R1、R2并联组成的一个子电路可定义为：.subckt R1_R2 a bR1 a b 1kR2 a b 10meg.ends R1_R2T电路调用语句的标识符是x, 一般格式为X < nanir > M N2 N3 SUBNAME上面的子电路的调用语句为：.X11 2 R1_R2

11、注意，除了 “ 0”节点是全局节点，子电路中的其他任何节点只是局部节点。7. .model语句与二极管、开关在spice中的表示7.1. .model 语句在spice中，.model语句定义元件的模型参数。元件的模型就像模板，只有填上模型参 数值才能实例化为元件。只有 spice内核中预定义的模型才能用，.model定义参数，每个参 数都有相应的关键字，.model语句的形式为：v niiMjrll pp （凶mm产r vuJut）modelname是元件名称，type是spice内预定义的元件模型的名称，（）中是对元件模型中的参数定义。spice3f5中的模型名称如下：2-2 元件模型名将

12、模型名称元件名称模型名称元件名称n中出体也阳C半导体电容小IK控开关海控开局L1RC均匀分布的中；参数LTHA损耗传输压)二被管WNNPN三极管PN PMFM一道帏壁场效酒管PJFP沟道站整场效管5IMOS、沟道 MOSFETP 南道 MOSFETMMFM 沟道 QA* MESR：TPMFF ；*道MESFET调用已经实例化的元件跟元件模型的类型有关。7.2. 开关模型7.2.1. 压控开关模型定义：.model SWName SW(RON= VON= ROFF=)各参数默认值RON = 1 fl, VON = I V.RUFF =开关调用语句S<name> N1 N2 NC1 N

13、C2 SWName7.2.2. 流控开关模型定义：.model swname CSW(RON= VON= ROFF=)调用：W<name> N1 N2 Vname Swname例如：W1 N1 N2 V1 SWName1.model SWName1 SCW(RON=10 VON=0 ROFF=100MEG)7.3. 二极管模型模型定义：.model diodename D( (IS = N = Rs= CJO = Tt= BV = IBV =.)二极管调用：D<name> N+ N- diodenameN+是阳极，N-是阴极二极管参数与默认值：符号参数名希般认奥型值单位Svmhd每数名称IkEaiihTypiral aliienitB反向击穿电保1r 4 30A发加泵数11EG禁带能沱LIL H*VXU馆却电流温度指数3.03.0KF闪燥喙声露垃00AF闪爆-由指数j1FC正偏置礼写旧容系数0 50.5IB反向击穿电源0, IMIII.Oe-03XTMOM参数测状温度27