第7章SPICE语言及电路仿真

1、第7章SPICE语言及电路仿真模块概要：一、学习目标1、了解SPICE的电路设计流程及HSPICE电路仿真工具。2、掌握SPICE编程语言与编程技术。3、能够使用HSPICE软件进行电路仿真。二、学习指南能够读懂电路输入网表，理解地掌握SPICE语言中分析及控制语句的设置，在仿真实例中学会编程技术和仿真方法。三、知识内容SPICE语言介绍：SPICE含义、产生、著名软件、SPICE的电路设计流程。输入语句的结构与规定输入语句的结构、规定、一个简单实例。电路元器件描述语句无源器件描述语句、有源器件描述语句、电源描述语句、其它语句。电路特性分析语句直流分析、交流分析、瞬态分析、蒙特卡罗分析和灵敏度

2、/最坏情况分析、温度分析。电路特性控制语句初始状态设置语句、参数、函数定义语句、重置参数语句、输出控制语句。缓冲驱动器设计实例以缓冲驱动器的设计实例，来说明电路网表的编写、直流分析、时序分析、驱动能力的设计过程。放大器设计实例以一个常用的运算放大器设计实例，详细地说明各种指标的实现、各种仿真分析的进行过程。设计方法与设计工具介绍电路仿真介绍集成电路著名而常用的模拟电路仿真软件HSpice，包括HSpice简介、HSpice的特点与结构、HSpice的具体功能、HSpice的流程、HSpice的输入网单文件、HSpice的输出等。四、练习.国际公认的工具是美国加利福尼亚大学伯克利分校开发的程序。

3、答案：模拟电路通用仿真、SPICE.商用的SPICE软件主要有、与等。答案：Hspice、Pspice、SBTspice、SmartSPICE、Tspice.HSPICE是公司开发的一个商业化通用电路模拟程序，它可以从到高于的微波频率范围内，对电路作精确的仿真、分析和优化。答案：Meta-Software、直流、100MHz.写出MOS管的SPICE元件输入格式与模型输入格式。答案：元件输入格式：M（）例如：M1outin00nmosW=1.2uL=1.2uM=2模型输入格式：.Model例如：+NSUB=5.37E+15GAMMA=0.54PHI=0.6U0=656UEXP=0.157UCR

4、IT=31444其中，+为SPICE语法，表示续行。5.分压式共射放大电路如图所示。三极管的模型参数为：IS=1E-16, BF=100, RB=100;输入交流信号，幅值为 1。求电路的静态工作点，电压放大倍数，输入电阻及输出电阻。设交流分析为线性扫描，频率点数根据题意编写SPICE程序。答案：Amplifying circuitVS 1 0 AC 1 RS 1 2 20010,起始频率 1KHZ 终止频率10KHzC+I2V)RB1 3 7 100KRB2 3 0 20KQ1 4 3 5 MQRc丸 _T23.即Fa5. ikaiknRE501KCE5050UBF=100 RB=100)V

5、CC7012.MODELMQNPN(IS=1E-16.OP.ACLIN101K10K.PLOTACV(6)/V(2)V(2)/I(RS)V(6)/I(RL).END五、实践理想放大器电路设计与仿真1、电路原理图放大器：增加信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件，其作用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器，输出就是输入信号的复现和增强，对于非线性放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。理想放大器：实际运放的开环电压增益非常大，可以近似认为Aro,此时，有限增益运放模型可以进一步简化为理想运放模型，简称理想运放。电路原理图如下：图1简化的放大器

6、电路电路说明：用Hspice分析上图简化的放大器的暂态响应，利用电压控制电压源（EVCVS模拟简化放大器，其增益为5。另外，利用一峰值为1V,60Hz的正弦输入以一观察节点3的输出波形。2、HSPICE编程：*MacromodelofsimplifiedopampVp10sin(0160)R1121KR220100KE130205R3341KR4401KC1401U.tran1m20m.PLOTTRANvV(2)V(3).OPTIONSPOST.END3、仿真结果简化放大器电路的波形图如下:图2简化放大器电路的总体波形图图3放大器波形图图4V1的波形图图5V2的波形图图6V3的波形图4、结果分

7、析HSPICE能实现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。通过前期对电路的分析与后期的验证，Hspice实现了电路波形的分析，输出与预期结果相同。六、作业.集成电路电路级模拟的标准工具是什么软件，能进行何种性能分析？答案：集成电路电路级*II拟的标准工具是SPICE。主要可以进行如下分析：直流工作点分析直流扫描分析小信号传输函数直流或小信号交流灵敏度分析交流特性分析噪声分析瞬态特性分析傅里叶分析失真分析零极点分析.构思一个CMOS放大器，画出电路图，编写SPICE输入文件。答案：M2V取T.titleCH6-4.include”.globalvddVccvdd05Vin

8、in0sin(0110G1ps0).trans0.01u4u.printtransv(out).end七、案例Gilbert cell电路设计与仿真1、电路原理图Gilbertcell电路常使用于通信领域，为混波器，电路原理图如图1所示。k*VDD2、HSPICE编程*HSPICESIMULATIONFILEEX5-14*GILBERT.op.OPTIONSPOST=1LISTNUMDGT=8LIST.LIB.Mm0355vlTT.LIB.Mm0355vlBIPM11370NCHW=2UL=2UM22470NCHW=2UL=2UM32380NCHW=2UL=2UM41480NCHW=2UL=2

9、UM57590NCHW=2UL=2UM68690NCHW=2UL=2URD1VDD170KRD2VDD270KISS90100UAVIN130SIN(2.50.251000K)VIN240SIN(2.5-0.251000K)VC150SIN(1.50.2510000K)VC260SIN(1.5-0.2510000K)VDDVDD0DC5.TRAN5N5U010NS.PROBETRANV(1,2)V(3,4)V(5,6).END3、仿真结果Gilebertcell电路仿真结果V(in)与V(cont)波形，输出电压波形如图2和3所示。少批通融雌区WadowMeasureSni超叫应甘looteH

10、elp阈后国用说* *1爰I * ?|帆叔心L以血的a 10D-SQOm-5。口 mII51图2V(in)与V(cont)波形I- I0明30BJm -200m 二ICAJm ： 口;-100m :TOOm 二-300m J0In2n3u4iiiSuI皿西(knj (TIME)AvaHavc4 2002 .2 (2U020615)MnLeii EmicIa jfljjid 0钟0讪皿白如山 工uuk Urlp%也上U xim川用 lijR fjV rx5- 14图3输出电压波形八、测验（以下删除，已插入各知识点中）.近几年来，虽然制程技术已进入深亚微米的新硅世纪，但是在集成电路设计上，仍以层次

11、的线路模拟软件软件为主。答案：晶体管、SPICE.Spice输入文件第一行可以是，但不能省略，最后一行必须是命令。答案：任意说明文本、.END.Spice中，半导体器件是用数学模型来描述的，不同的所采用的模型也不同；设计的精度主要取决于的精度。答案：分析功能、模型.对于MOSFET管子，语句“M14270MMOD中，管子各极的节点号为O答案：G:2、D:4、S:7、B:0八、常见问题1、由于粗心，电路网表漏掉个别元器件，要提醒学生认真仔细检查。2、电路特性分析语句的设置是难点，要有一定的电路经验，需要多练习、多实践才能掌握。3、不会分析波形与结果，需要加强电路工作原理的理论学习。九、知识结构S

12、PICE语言及电路仿真卜一、参考资料目录.钟文耀，郑美珠编著.CMOSfe路模拟与设计基于Hspice.北京：科学出版社，2007.7.高燕梅,房蔓楠编著.Spice/Pspice编程技术.北京：电子工业出版社，2002.6.Pspice程序应用.北京：清华大学出版社，2005.1.美StevenMSandler,CharlesHymowitz苏蕾译，安源校.spice电路分析.北京：科学出版社,2007.7.DavidA.Johns,KenMartin,11AnalogIntegratedCircuitDesign,北京：科学出版社，2005.synopsys.HSPICE?Referenc

13、eManual:CommandsandControlOptionsVersionB-2008.09,September2008.synopsys.HSPICE?SimulationandAnalysisUserGuideVersionY-2006.03,March2006知识点1:一、内容SPICE语言介绍：SPICE含义、产生、著名软件、SPICE的电路设计流程。SPICE(SimulationProgramwithICEmphasis),是一种通用电路分析程序，能够分析和模拟一般条件下的各种电路特性。SPICE是加州大学Berkeley分校开发，其第一版本于1972年由其电工和计算机科学系

14、开发完成，常称为BSPICE。BSPICE是现代各种SPICE的前身，它的源代码公开，其版本不断更新。SPICE在1988年被定为美国国家标准。比较著名软件有：Hspice、Pspice、TSPICE、Spectre、Smartspice等。SPICE作为一个通用电路模拟程序，包括输入数据、运行程序和输出数据三个基本阶段。输入数据包括电路元件及连接的拓扑信息、电路元件性质、参数、初始条件、要分析功能及输出形式等输入到程序中。输入的数据必须符合SPICE程序规定的格式。SPICE的电路设计流程:输入语句的结构标题语句：网表文件的第一行为标题语句，由任意字符串和字母组成，通常用*引导标题行。软件并

15、不把标题行作为电路进行分析，而是直接在输出文件中作为第一行打印出来，这一行必须设置。注释语句：由*开头的字符串，作为文件的说明部分，不参与电路的模拟仿真，为方便阅读而在自动产生的，在SPICE网表文件中大量存在。电路元器件描述语句：定义电路拓扑结构和元器件参数的语句，由元器件描述语句、模型描述语句、电源语句等组成。电路特性分析和控制语句：以.开头的语句，描述要分析的电路特性及控制命令。结束语句：即.END,标志电路描述语句的结束，在文件最后一行。输入语句的规定名称：元器件名称为字符串，只有前8个字符有效，其中第一个字符必须为A-Z字符，且有固定含义即一般为元器件英文单词的首字母。数字：有几种形

16、式，整数、浮点数、整数或浮点数加上整数指数、浮点数或整数后面加上比例因子。常用的比例因子：有T、G、MEG、K、M、U、N、P、F、MIL等，不区分大小写。分隔符：有空格、逗号、等号、左括号、右括号等。续行号：+”，一行最多只能有80个字符，如一行无法表达完全，可在第二行起始加+号,表示是前一行的继续。单位：使用国际标准单位制，语句中缺省。方向：规定支路电流的正方向和支路电压的正方向一致。节点编号：可以是任意的数字或字符串，节点0规定为地，不允许有悬浮的节点，即每个节点相对。节点都必须有直流通路。当实际电路不满足这个要求时，可在悬浮节点与地之间接一个大电阻（如1G）。不能分析的问题：电压源回路

17、、电感回路、电压源和电感组成的回路、电容。一个简单实例共栅极放大器（Common-GateAmplifier）又称为电流跟随器，其电流增益近似为1,但比1小，同时亦含有衬底效应，会使得电流增益下降至大约0.4倍，但电压增益比共源极放大器大，试求其电压增益、电流增益和频宽。SPICE网表和电路图隔断的电流源和（或）*commongateampilifier.OPTIONSPOST=2LIS.lib.Mm0355V.lttM1123GNDNCHW=60UL=2URG2GND100KRDVDD14KRS4VI100RLVO04KCC134100UCC21VO100UCG2GND100UIQ3GND1

18、MvivigndAC1sin(0.5100M1k).betranI(RS)I(RL).ACDEC101001G.end仿真结果电压v(vo)、v(vin)及电流i(rs)、i(rl)波形如下图所示，由图可得电压增益为3.845倍,电流增益为0.381倍，如下图所示。M吧.JPBJW.g藕I；取Ikiijt31TiiU 4副上。441肘*“ V，!*|上归厘M 3*用用G:可早I由vin(vo)的波形(以LOG为刻度的增益图形)可得频宽为168MHz,如下图所示。加 M3IR牌眸制华噜I期干中1R 13 3 一一 一_一E -EVVHW H MI Hl 1rri n i

19、ain,iB,| ,.RT1一、i11*III!ci11 i1 ;1 11 1L.J11R41li isiLi1t IX，!， 一 S- r = F-1JULOAg-mi.lxJDu.1$弓际T际IT,-13115135如用Inari工嗡EgiM*JhH4j二、教学录像三、学习指导了解著名的商用SPICE软件，如：HSpice、PSpice、TSpice、SBTSpice、SmartSpice等,重点熟悉学生能接触到的软件，如：HSpice、PSpice、Tspice;理解地掌握输入语句的结构和规定，尤其要注意常用比例因子的特殊用法，节点编号的原则。四、练习.填空题Spice是一种通用程序，能

20、够。(2)电路输入文件的格式可以分为5个部分：标题行、和结束标志O*符号是符，+符号是符。(4)给电路编节点号，可以使用,也可以使用。(5)在输入文件中应正确使用比例因子，如：R=2M),应写成R=;C=6此应写成C=。答案：(1)电路分析、分析和模拟一般条件下的各种电路特性(2)电路描述、分析和控制指令、输出指令(3)说明符(注释行)、续行号(4)数字、字母(5)2MEG6UF2.某二极管电路的SPICE程序如下，试更正其中错误。*DiodeCircuitVS10DC10VVIN21AC10MVSIN(010M10KHZ)R12350QR240500C14510FRL501MD134DIN9

21、14MODELDIN914D(IS=100E-15RS=16CJO=2PF+TT=12NSBV=100IBV=100E-15).OP.TRAN2而200必.ACDEC101HZ1KHZ.PLOTV(5)V(2,1).END答案：Vs改为VS,50改为50OHM10旷改为10UF,RL旧V改为+IBV,2必改为2US200必改为200US.PLOTV(5)V(2,1)改为.PLOTTRANV(5)V(2,1)五、测验近几年来，虽然制程技术已进入深亚微米的新硅世纪，但是在集成电路设计上，仍以层次的线路模拟软件软件为主。答案：晶体管、SPICE3.Spice中，半导体器件是用数学模型来描述的，不同的

22、所采用的模型也不同；设计的精度主要取决于的精度。答案：分析功能、模型Spice输入文件第一行可以是，但不能省略，最后一行必须是命令。答案：任意说明文本、END1、电路的语句是输入文件的第一行，也称为标题行，必须设置。它是由任意字母和字符串组成的语句，其内容作为的最先一部分被打印出来。Spice输入文件中，除第一行和最后一行外，其余各行的顺序是的，对没有影响。3、对电路元器件描述时，没有脚标，例如在电路输入文件中Vcc应写成。4、电路元器件名称的第一个字母为关键字，例如双极型三极管为，传输为。在spice输入语句中，通常用以开头的语句描述、电路元器件模型和一些控制指令。答案：1、标题、说明、输出

23、文件2、任意、分析结果VCCQ、T.开头、电路分析指令六、案例七、资源列表八、扩展学习 TOC o 1-5 h z 知识点2：一、内容无源器件描述语句无源器件包括：电阻R电容C电感L互感K无损耗传输线T电压控制开关S电流控制开关W无源器件描述语句由元件名、件连接的节点号、元件的参数值组成。电阻语句格式：RXXXXXXXN+N-VALUETC=TC1模型语句：.MODELMNAMERESR=PVAL1+例句：R403RMOD100.MODELRMODRES(R=2TC1=0.1TC2=0.01)电容、电感语句格式：CXXXXXXXN+N-VALUELXXXXXXXN+N-VALUE电容、电感模型

24、语句：.MODELMNAME CAP (C=PV AL1+TC2=PV AL5).MODELMNAMEIND (L=PV AL1+TC2=PV AL5)例句： C1 10 11 5PF IC=1V ， L3VC1=PV AL2VC2=PV AL3 TC1=PVAL4IL1=PVAL2 IL2=PVAL3 TC1=PVAL41 2 1MH IC=1MA互感语句格式：KXXXXXXXLYYYYYYYLZZZZZZZ.VALUE+无损传输线语句格式：TXXXXXXXN1N2 N3 N4 Z0-VALUE F=FREQ+ 例句： T1 1 2 3Z0=50TD=10NST2 4 5 6Z0=50F=2

25、MH电压控制开关语句格式:SXXXXXXXN+N- NC+.MODELNAMEVSWITCHNC- RON=PV AL1 ROFF=PV AL2 “+ VON=PV例句： S1 6AL3VOFF=PV0 SMODAL4.MODEL SMOD VSWITCHRON=0.5 ROFF=10E+6+VON=0.7VOFF=0电流控制开关语句格式：WXXXXXXXN+N-VNAME.MODELNAMEISWITCHRON=PVAL1ROFF=PVAL2+ION=PVAL3IOFF=PVAL4例句：W165VNWMOD.MODELWMODISWITCHRON=0.5ROFF=10E+6+ION=0.07

26、IOFF=0有源器件描述语句有源器件包括：二极管双极晶体管结型场效应管（JFET）MOS场效应管（MOSFET）砷化镓场效应管（GaAs）模型语句对无源器件是可选的，对有源器件是必须的。二极管语句格式：DXXXXXXXN+N-MNAME模型语句：.MODELMNAMED(PNAME1=PVAL1PNAME2=PVAL2.).MODELMDD(IS=100E-15RS=6CJ0=2PFTT=12NSBV=100)双极型晶体管语句格式：QXXXXXXXNCNBNEMNAME+模型语句：.MODELMNAMENPN(ORPNP)(PNAME=PVAL1+PNAME=PVAL2.)例句：Q5245MQ

27、1.5.MODELMQPNP(IS=9.913E-15EG=1.11VAF=90.7BF=197.8)结型场效应管语句格式：JXXXXXXXNDNGNSMNAME模型语句：.MODELMNAMENJF(ORPJF)(PNAME=PVAL1PNAME=PVAL2.)例句：JQ159JMOD.MODELJMODPJF(IS=100E-14RD=10RS=10BETA=1E-3+CGD=5PFCGS=1PFVTO=5)MOS场效应管语句格式：MXXXXXXXNDNGNSNBMNAME+模型语句：.MODELMNAMENMOS(ORPMOS)(PNAME=PVAL1+PNAME=PVAL2.).MOD

28、ELMMODNMOS(LEVEL=3TOX=0.10ULD=0.5WD=0+CBS=1PFCBD=4000PF)砷化镓场效应管语句格式：BXXXXXXXNDNGNSMNAME+模型语句：.MODELMNAMEGASFET(PNAME=PVAL1PNAME=PVAL2.)例句：B1210BMOD.MODELBMODGASFET(VTO=-2.5BETA=60UVBI=60U+ALPHA=1.5TAV=10PS)电源描述语句电源包括：独立电源（电压/电流）：直流电源、交流电源，瞬态电源，6种脉冲源、正弦源、指数源、分段线性源、单频调频/调幅源线性受控源：4种电压控制的电压源电压控制的电流源电流控制

29、的电压源电流控制的电流源独立电源直流电源：电压/电流源V/IXXXXXXXN+N-DCVALUE交流电源：电压/电流源V/IXXXXXXXN+N-ACACMEG例句：VDD30DC15V，I2203MAVIN19AC，IST58AC245脉冲源：V/IXXXXXXX例句：VIN50正弦源：V/IXXXXXXX例句：VIN5指数源：V/IXXXXXXX例句：VIN50分段线性源V/IXXXXXXX例句：VIN50+60U2V）单频调频源：V/IXXXXXXXN+N-PULSE(V1/I1PULSE(0505NV2/I1TDTRTFPWPER)10N20N1M)N+N-SIN(V0/I0VA/IA

30、FTDTHETA)0SIN(0510MEG1P0)N+N-EXP(V1/I1V2/I1TD1TAU1EXP(012NS20NS60NS30NS)N+N-PWL(T1V1/I1)6V45U2VFS)VIN50AM(1011001K1M)线性受控源电压控制电压源EXXXXXXXN+N-NC+NC-VALUE电压控制电流源GXXXXXXXN+N-NC+NC-VALUE电流控制电压源HXXXXXXXN+N-VNAMEVALUE电流控制电流源FXXXXXXXN+N-VNAMEVALUE其中：E电压增益，G互导增益，H互阻增益，F电流增益H52023VBE3.9K，F21518VS2其它语句模型描述语句：

31、.MODELMnameTypePname1=P1,Pname2=P2,例句：JQ159JMOD.MODELJMODPJF(IS=100E-14RD=10RS=10BETA=1E-3+CGD=5PFCGS=1PFVTO=5)子电路描述语句：.SUBCKTN1.ENDS其中：SUBNAME为子电路名称。N1N2N3为子电路节点号。子电路调用语句：XN1其中：N1N2N3为主电路节点号。例句X112A.SUBCKTA13R1125KR2232K.ENDSA元器件库调用语句：.LIB例句：.LIB、教学录像三、学习指导熟悉无源器件的描述语句，重点掌握有源器件语句格式及其模型语句的使用方法，掌握信号源的

32、语句输入法，了解有源器件库和模型参数。四、练习.对于三极管，语句“Q1326QMOD中，三极管各极的节点号为。答案：C：3、B：2、E：6.若MOSFETT子M2的各极节点号是：D为2,G为4,S为8,B为0,则该管子的描述语句应该写成：。答案：M22480MODM2.脉冲源语句VIN10PULSE(03010N5N20N1M)中，括号里的各项含义是。答案：V1=0V2=3TD=0TR=10NTF=5NPW=20NPER=1M.编制仿真MOS管输出特性曲线的SPICE程序。答案：.titleCH6-3.include“”Vds205Vgs101.dcvds050.2vgs151.printdc

33、v(2)i(vds).end五、测验 TOC o 1-5 h z .MODEL语句对无源器件是的，对有源器件是的。答案：可选、必须对于JFET管子,语句“J1435JMOD”中，各极节点号为G,D,S。答案：3、4、5对于MOSFET管子，语句“M14270MMOD”中，管子各极的节点号为答案：G：2、D：4、S：7、B：0正弦源语句VIN30SIN(0210MEG1P0)中，括号里的各项含义是答案：V0=0、VA=2、F=10MEG、TD=1P、THETA=0子电路描述语句“.SUBCKTSUBNAMEN1N2.”中，N1N2.为节点号；子电路调用语句“XN1N2SUBNAME中，N1N2为

34、节点号。答案：子电路、主电路六、案例两级BJT负反馈放大电路1、已知条件：Vcc是15V直流电源，Vin是幅值10mV的交流电源；(2)双极型三极管均为NPN型，其模型参数：IS=2E-16,BF=50,BR=1,RE=0,CJE=0.4PF,CJC=0.5PF,VA=100;(3)交流分析为数量级扫描，分析点数目10,起始频率10HZ,终止频率RB=5, RC=1 ,10MHZ 。2、求电压放大倍数，输出电压的幅值和相位，输入阻抗。3、编写SPICE程序：*Two-stageBJTamplifierVCC100DC15VVIN10AC10MVVX112DC0VRS122150C12310UF

35、R1103200KR23050KQ14350QMQ27680QMRC110412KCE15015UFC24610UFR3106120KR46030KCF11810UFRF21125KC37910UFRL9010K.MODELQMNPN(IS=2E-16BF=50BR=1RB=5+RC=1RE=0CJE=0.4PFCJC=0.5PFVA=100).ACDEC1010HZ10MEGHZ.PLOTACVM(9)/VM(1)VM(9)VP(9)VM(1)/IM(VX).END七、资源列表八、扩展学习知识点3：一、内容直流分析直流分析中，电感短路，电容开路。直流工作点分析：.OP直流扫描分析：.DCVA

36、RSTARTSTOPINC其中：TYPE为扫描类型，分为：线性LIN、倍频程OCT数量级DEC列表LIST。VAR为扫描变量。STARTSTOP为扫描变化范围。INC是扫描步长或者点数，必须为正数。VAR2是第二个扫描变量(外循环)，可选项。例句：.DCVCC-5V5V0.25V，.DCTEMPLIST0205080-50.DCVCE010V0.5VIB01MA50UA.DCOCTNPNQA(IS)1E-181E-145.DCDECV1-12V12V10直流小信号传输函数分析：.TFOUTVARINSRC其中：OUTVA丽输出变量INSRC为小信号输入源名称计算电路的小信号直流增益(4种)，输

37、入阻抗和输出阻抗。直流小信号灵敏度分析：.SENS计算某一输出电压或电流与电路中每一元器件之间的相关参数。例句：.TFV(10)VIN.TFV(5)I(V1).SENSV(5)I(V2)交流分析交流小信号分析和噪声分析是一对分析，做噪声分析之前，要先做交流小信号分析。交流小信号分析：.ACTYPENPFSTARTFSTOP其中：TYPE为扫描类型，有3种形式：线性LIN、倍频程OCT数量级DECNP为频率点数(OCT,DEC威步长(LIN)。计算电路在给定的频率范围内的频率响应。噪声分析：.NOISEOUTVINSRCNUMS其中：OUTV为某节点上总的噪声输出电压。INSRC作为等效噪声的输

38、入独立电压源/电流源名称。NUMS为频率间隔点数，在每个频率处打印电路中每个噪声源的贡献。例句：.ACLIN101100HZ200HZ.ACOCT101KHZ16KHZ.ACDEC201MEG100MEG.NOISEV(6)VIN10瞬态分析时域瞬态分析和频域瞬态分析(傅立叶分析)是一对分析，做频域分析之前，要先做时域分析。时域瞬态分析：.TRANTSTEPTSTOPTSTART其中：TSTEP为打印间隔，即瞬态分析的步长。TSTOP为分析终止时间。TSTART为打印开始时间，默认值为0，即瞬态分析总是从0开始。TMAX为最大分析步长，默认值为TSTOP/5a实际分析步长为MAX、TSTEPT

39、STOP/50中的最/、值。UIC为使用.IC语句设置的初始条件。傅立叶分析：.FOURFREQOV1其中：FREQ为基频。OV1OV2OV3为所要求的输出变量。.FOUR100KHZV(2,3)V(3)I(R1)I(VIN)蒙特卡罗分析和灵敏度/最坏情况分析蒙特卡罗分析(MC分析)：又称容差分析，它是对电路所选择的分析(直流、交流、瞬态分析)进行多次运行后，进行统计分析。第一次运行是使用所有元器件的标称值进行运算，而后的数次运行使用元器件的容差值进行运算，将各次运行结果与第一次运行结果相比较，得出由于元器件的容差而引起输出结果偏离的统计分析，会产生大量输出。灵敏度/最坏情况分析：灵敏度/最坏

40、情况分析也是统计分析的一种，它与MC分析属同一类性质。所不同的是，MC分析是变量同时发生变化，而灵敏度/最坏情况分析是变量一个一个地变化，即每进行一次电路分析只有一个元器件参数发生变化，这样也可以得到电路的灵敏度。因此，在.WCASE语句中不需要指定执行次数，执行次数完全由变量个位数决定。一般情况下，执行次数为变量个数加2(一个是第一次标称值运算，另一个是最后一次最坏情况分析)。蒙特卡罗分析：.MC(RUNSVAL)(ANALYSIS)其中:RUNSVAL为运行次数。ANALYSIS为分析类型：直流、交流、瞬态分析。OUTPUTVAR为输出变量，电压、电流等。FUNCTION为输出功能，包含:

41、YMAX、MAX、MIN、RISE/FALL-DEGEOPTION为输出形式，包含:LIST为列出每次运行时所有元器件的容差值；OUTPUT为输出规范，包含:ALL、FIRST、EVERY、RUNSRANGE(,)。例句：.MC10TRANV(5)YMAX，.MC50DCIC(Q1)MINLIST.MC20ACV(1)YMAXLISTOUTPUTFIRST(10)灵敏度/最坏情况分析：.WCASE(ANALYSIS)(OUTVAR)其中：除OPTION,其余项的规定与MC分析一样。OPTION中还包括：VARYDEV、VARYLOT、VARYBOTH、BYRELTOL、DEVICES。例句：.

42、WCASETRANV(5)YMAX.WCASEDCIC(Q7)YMAXVARYDEV.MCACVP(13,5)YMAXDEVICESRQOUTPUTALL温度分析温度分析：.TEMPt1t2其中：t1t2t3为模拟时设定的温度值，单位是C,SPICE对每一个设定的温度值都做一遍模拟。例句：.TEMP-5525125二、教学录像三、学习指导重点掌握基本分析的设置，如：直流扫描分析、瞬态分析、交流分析、传输函数的计算，熟悉高级分析的应用，如蒙特卡罗分析和灵敏度/最坏情况分析。四、练习在直流分析中，电感，电容。答案：短路、开路直流小信号传输函数分析的语句为，用它可以计算电路的4种增益，阻抗和阻抗。答

43、案：.TFOUTVARINSRC、小信号直流、输入、输出交流分析指令.ACTYPENPFSTARTFSTOP”中，TYPE表示4种扫描类型：LIN为扫描，OCT%扫描，DEC%扫描，LIST为。答案：线性、倍频程、数量级、列表时域瞬态分析和分析是一对分析，在做傅立叶分析之前要先做分析。答案：傅立叶、时域瞬态蒙特卡罗分析.MC又称分析，它是对电路所选择的分析（直流、交流、瞬态分析）进行多次运行后，进行分析。答案：容差、统计五、测验 TOC o 1-5 h z 直流工作点分析语句为，用它可以计算电路的点。答案：.OP、静态工作直流扫描分析.DC语句中，有4种扫描类型，分别是、答案：线性（LIN）、

44、倍频程（OCT）、数量级（DEC）、列表（LIST）交流小信号分析和分析是一对分析，在做噪声分析之前要先做分析。答案：噪声、交流小信号在蒙特卡罗分析中，第一次运行使用所有元器件的值进行运算，而后数次运行使用元器件的值进行运算，将各次运行结果与第一次运行结果相比较，得出由于元器件的容差而引起输出结果偏离的统计分析，会产生输出。答案：标称、容差、大量灵敏度/最坏情况分析.WCASE与蒙特卡罗分析.MC都属于分析。所不同的是：.MC分析是变量发生变化，而.WCASE分析是变量地变化，即每进行一次电路分析只有一个元器件参数发生变化，因此可以得到电路的灵敏度和最坏情况。答案：统计、同时、一个一个六、案例

45、蒙特卡罗及最坏情况分析1、蒙特卡罗及最坏情况分析简介在Hspice中，蒙特卡罗分析利用随机产生器的方式，依照使用者给予的设定产生下列任一种的统计函数：（1）高斯参数分布（GaussianParameterDistribution）均匀参数分布（UniformParameterDistribution）随机极限参数分布（RandomLimitParameterDistribution）在电路模拟的实际应用中，蒙特卡罗分布可指定给共用一模型的各元件，使得确实的元件值会随元件分布而改变。而蒙特卡罗也可指定给一模型的键名(keyname),而所有共用此模型的元件会用相同的键名值，此允许元件及模型分布的

46、产生以增加模拟软件使用的广度性。对于最坏情况分析，在集成电路的历史中，最坏情况分析已被成功运用在MOS及BJT电路的设计。一般而言，最坏情况是将各变量取其在2b或3b标准差的最坏情况来模拟，此技巧是一简单而快速的验证方法，并具有实际的应用价值。2、电路原理图根据给定的NMOS与PMOS模型参数(后面的程序中会有具体内容)，对如图1所示的二输入或非门，做蒙特卡罗及最坏情况(极端情况)分析，即包括电源、温度及制程参数变化等的效应。其中，电源变化为+/-20%,温度范围为-25125C,而在制程参数上，PMOS与NMOS的TOX皆为+/-20?(angstorm)。图1二输入或非门输入端A和B的条件

47、如下：输入端A接地，输入端B为一脉冲输入。输入端A和B连接在一起，故为一单端输入情况。3、Hspice编程及仿真(1)对于上述或非门及晶体管模型资料，利用所给定的电源、温度、制程参数变化范围及case1&2条件，求出或非门的最快与最慢传递时间。Hspice程序如下：最快与最慢传递时间*mont1.optionpost=2list.paramVDD=4.5TOX=385E-10.TEMP-25*M15211MPW=8UL=2UM24355MPW=8UL=2UM34200MNW=4UL=2UM44300MNW=4UL=2U*VDD10VDDVINA200VINB30PWL(0010N012NVDD

48、30NVDD32N0).meastrantp1htrigpar(V(3)-0.5*VDD)VAL=0FALL=1+targpar(V(4)-0.5*VDD)VAL=0RISE=1.meastrantph1trigpar(V(3)-0.5*VDD)VAL=0RISE=1targpar(V(4)-0.5*VDD)VAL=0FALL=1.meastrantpdparam=(tp1h+tph1)/2*.MODELMPPMOS(LEVEL=2LD=0.250UTOX=tox+MJ=0.46650CJSW=2.3825E-10MJSW=0.24660PB=0.700).MODELMNNMOS(LEVEL=

49、2LD=0.250UTOX=tox+LAMBDA=1.956049E-02NFS=2.307838E+12NEFF=1+MJ=0.45890CJSW=5.1360E-10MJSW=0.36620PB=0.800).TRAN1N80Nsweepdata=datnm.datadatnmVDDtox4.0385e-10$min.vdd&max.gateoxidethickness5.0365e-10$typicalvdd&nominalgateoxidethickness6.0345e-10$max.vdd&min.gateoxidethickness.enddata*.alter.temp25.a

50、beV(2)V(3)V(4).end我们可以直接观察模拟产生档与的内容，得到下面经由.measure叙述执行后的各电性参数结果：rraiiLTtil-匕事占.文体巧明6。IfctijjUM闻耻物5DATA1SUUHC3=*HSICfi，VERSION,&-2D10.1332-Eir.TITLE*皿E上.JI_,JIindexvddtDIiplEtphitp-1trnfCToLmM110IUUiSEOe-OSLe-09tnat-ioLI5119-25.JOJUr5.0000*物JH8LUfc中T.324c-109.5e-10i-2E.m136.OiUUJ.4L0e

51、-0Si.忸ajq乱幻SeTU8.34THU-25,KJJU，及印日F可E,啊;“哈年班TJ$配建130Uf岸胫IC3VEFI-E-SdO,l：3E-EIT*LTITLE*的:访加uvddtostplhtph：vpdt&spiral1err14.0000X85Oe-O01,C85e-O99,656丁1。】”2%T)9MJ。221由由工苗餐4目1.E.107-101.一的鸵23KOOCO3.450-081.2Dlc-D97.07Cc-H.5羽丁1。反0比02fwiT-i荐力*一一、15t*kD咽崎UflhM力占着的耐助M$MTA1SOURCEumSPICERSIObE-SOlO.12B2-B1T

52、JJL.TITLE一indriMdtaxtplhtphltpdltcKperaltcxlf11.00003,BSOeB2.22B-09，12%P3L71e-0&125.DOQO325.00003.褥OeFRI,R1加F9$5瘫-Ld1,36e-O&IS&.OflOO33G.OOOO3.450e1.Jl.572-L93.E44=-10l.213e-O?J25.00003图4不同温度下的典型参数对于上述结果，我们知道最坏情况白时间延迟是出现在Vdd=4V,tox=385?与temp=125C的工作情况，其值为1.671ns。(2)如果对于上述制程，已知临界电压(ThresholdVolage,Vt

53、h)的测试统计资料如下表所示：表1临界电压的测试统计资料Lot#VthNMOS(volt)VthPMOS(volt)1234567891011121314分别求出NMOS及PMOS临街电压的统计平均值(X)、标准差(b);将部分所得到的NMOS及PMOS临街电压平均值X取代.MODEL中预先给定的临界电压值（VTOn=0.84898,VTOp=-0.826989）,另外，假定此统计资料呈现绝对高斯分布，故部分所得到的NMOS及PMOS临界点压标准差（T可带入下式：delton或deltop=agauss（0,0-,1）。试将（1）中所找出的最慢传递时间条件作为模拟环境（即选定tpd（max.）

54、的VDD,TEMP,TOX）,并入delton及deltop的统计分布，选定+/-2.IC.NODESET。节点电压设置语句：.NODESETV(NODENUM尸VALV(NODENUM尸VAL初始条件设置语句：.ICV(NODENUM尸VALV(NODENUM尸VAL使用语句中给定的初始条件：ic=例句：.NODESETV(2)=3.4V(3)=-1V(6)=0.ICV(2)=3.4V(3)=-1V(6)=0C110115PFIC=1V，L3121MHIC=1MA参数、函数定义语句参数及表达式定义语句：.PARAM(NAME1=VALUE1).其中：VALUE也可用表达式EXPR。参数扫描分

55、析语句：.STEP(LIN)VARSTARTSTOPINC.STEPVARSTARTSTOPND.STEPVARLISTVAL1其中：INC为步长；ND为点数。函数定义语句：.FUNC例句：.FUNCE(X)EXP(X)重置参数语句该语句允许用户修改仿真控制参数，以调整仿真精度、速度或某些器件的默认参数等。重置参数语句：.OPTIONSOPTOPT=VAL其中：OPT为无值选择项。OPT=VAL为有值选择项。无值选择项和有值选择项是SPICE内设定的，其含义可查有关资料及手册。例句：.OPTIONNOPAGENOECHOACCT.OPTIONNOMODRELTOL=0.01DEFL=12UDE

56、FW=8U输出控制语句文本打印：.PRINTTYPEOUTVAR1OUTVAR2绘图打印：.PLOTTYPEOUTVAR1()OUTVAR2()绘图软件包调用：.PROBETYPEOUTVAR1.IC.NODESET重置参数语句“.OPTIONS中，禁止模型参数输出”写为，“打印节点表”写为，“打印出所有分析的统计信息”写为。答案：NOMO、DNOD、EACCT写出一个参数及表达式定义的例句：。答案：.PARAMBETA=50RL=RD+6参数扫描语句包含的4种扫描类型为：、答案：线性（LIN）、倍频程（OCT）、数量级（DEC）、列表（LIST）在输出结果中，打印数据时使用语句，打印曲线或波

57、形图时使用语句，从屏幕观察图形时使用语句。答案：.PRINT、.PLOT、.PROBE六、案例七、资源列表八、扩展学习知识点5：一、内容HSpice分析举例：缓冲驱动器设计1、准备模型文件选用1.2umCMOS工艺leveln模型2、设计基本反相器单元（1）根据模型参数和设计要求，设定晶体管的尺寸（即晶体管的宽度W和长度L）（2）写出反相器网单（3）直流特性分析3、设计反相器链利用含参数的子电路组成反相器链（1）写出反相器链网单（含子电路）(2)直流特性分析4、时序特性5、考察驱动能力(1)扫描负载电容，观察输出波形，考察驱动能力，根据输出波形选择合适的负载(2)固定负载，扫描管子尺寸，根据扫

58、描结果来获得管子合适的W和L二、教学录像三、学习指导重点掌握直流特性分析、时序分析和驱动能力考察，熟悉子电路设计。四、练习五、测验六、案例1、电路原理图有源负载共源极放大器的设计与仿真未使用有源负载增益为-gmro ,使用有源负载参数为：“口。批=/% ,VDDVoutI REF/=20=44。产求力ut /%(有源负载共源极放大器的电路原理图如图1所示。图1有源负载共源极放大器电路2、HSPICE编程*HSPICESIMULATIONFILE1.OPTIONSPOST=2LIST*COMMON-SOURCEUSINGACTIVELOAD.lib.Mn0355V.lttM111VDDVDDPC

59、HW=8UL=2UM2OUT1VDDVDDPCHW=8UL=2UM3OUTVINGNDGNDNCHW=40UL=2UIREF10400UVINVINGNDAC1SIN(10.011K).PRINTTRANV(OUT).ACDEC3011G.TRAN1M5M.END3、仿真结果有源负载共源极放大器电路的输入波形V(vin)和输出波形V(out)如图2所示，输出电压增益如图3所示。* XuWbm ”必明JwmIe fl ikn fcu-fe m-f* k-li n XaiJ. 1*1|!/阳3 Bl那片I 片引寸娜用图2输入波形和输出波形LiUiln li&.dsh 型il 工“Jh. Ealp图

60、3输出电压增益七、资源列表八、扩展学习知识点6:一、内容HSpice分析举例：放大器设计1、指标分析p5偏置电流与功耗、开环增益、GBW与相位裕度、压摆率、SwingRange、失调、噪声、工艺corner分析、温度特性分析等。2、设计电路，根据电路写出网表3、工作点分析根据分析结果得到电路的偏置电流和功耗。4、直流扫描分析先粗扫，再精扫。根据增益要求，得到SwingRange;取输出中心电压为vdd/2,得到失调值。5、交流扫描分析根据分析结果可得到GBW与相位裕度值、零极点、跨导等值及其调整值。6、噪声分析通过分析可得到噪声频谱密度、等效噪声电压等值。7、失调分析根据仿真结果得到失调范围，