电路仿真程序spice入门

第二章电路仿真程序spice入门1内容提要1、Spice简介2、IsSpice43、PSpice4、Multisim(EWB)

2SPICE简介1.功能强大的通用电路仿真程序2.发展历史3.SPICE的语言基础4.分析功能

2-13SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal—SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。

4SPICE出生于加州大学伯克利分校(UCB)EECS系，是预测集成电路电器特性的软件。事实上，SPICE这个名字是从"SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis"来的。(重点应用于集成电路的仿真程序)

23年前，1973年4月12日，在加拿大滑铁卢举行的第十六届中西部电路理论研讨会上，SPICE面世了。提供论文的是UCB的DonaldO.Pederson教授。我相信并不是每个人对这篇论文或者它所描述的程序都有清晰的认识。

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当所有人对SPICE不抱大的希望时，所发生的事情却是非常显著的。短短几年内，SPICE被几乎所有的电子工程学院接受，工业的发展支持SPICE的发展，很快扩展至集成电路工业。到二十五年后的今天，所有的电子工程学院的学生都在学习如何使用SPICE及其派生物。事实上，每一个处理电路网表的CAD软件都精确的使用最初的SPICE2G6同样的网表描述。一句话，SPICE成了各种标准组织，委员会，会议，定位论文和机构等等的工业标准。

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为什么SPICE有这么广泛的应用，最大的原因是SPICE产生于公众大学，从开始就是在公开的领域中。这一点直接归功于DonPedeson。因为最初是作为一种教学工具，帮助学生理解集成电路的绩效，迅速流传到世界上很多工程大学。当学生们进入集成电路工业时，总是从Berkeley取得一份SPICE的拷贝用于他们的工作。SPICE这样增生扩散，应用自然广泛。

SPICE是UCB开发的最新电路仿真程序，和其它较次要的知名程序一样，经历了BIAS，SLIC，TIME，CANCER几个阶段。事实上，SPICE很大程度上派生于早两年的CANCER程序，CANCER由RonaldA.Rohrer教授在1971费城召开的ISSCC上发表公布。

7TypesofcircuitanalysisNon-linearDCanalysiscalculatestheDCtransfercurveNon-lineartransientanalysisCalculatesthevoltageandcurrentasafunctionoftimewhenalargesignalisappliedLinearACanalysisCalculatestheoutputasafunctionoffrequency.AbodeplotisgeneratedNoiseanalysisMonteCarlo(Randomsweep)analysisSensitivityanalysisFourieranalysisCalculatesandplotsthefrequencyspectrum81.直流分析：

包括电路的静态工作点分析；直流小信号传递函数值分析；直流扫描分析；直流小信号灵敏度分析。在进行静态工作点分析时，电路中的电感全部短路，电容全部开路，分析结果包括电路每一节点的电压值和在此工作点下的有源器件模型参数值。这些结果以文本文件方式输出。

直流小信号传递函数值是电路在直流小信号下的输出变量与输入变量的比值，输入电阻和输出电阻也作为直流解析的一部分被计算出来。进行此项分析时电路中不能有隔直电容。分析结果以文本方式输出。

直流扫描分析可作出各种直流转移特性曲线。输出变量可以是某节点电压或某节点电流，输入变量可以是独立电压源、独立电流源、温度、元器件模型参数和通用（Global）参数（在电路中用户可以自定义的参数）。

直流小信号灵敏度分析是分析电路各元器件参数变化时，对电路特性的影响程度。灵敏度分析结果以归一化的灵敏度值和相对灵敏度形式给出，并以文本方式输出。

92.交流小信号分析：

包括频率响应分析和噪声分析。PSPICE进行交流分析前，先计算电路的静态工作点，决定电路中所有非线性器件的交流小信号模型参数，然后在用户所指定的频率范围内对电路进行仿真分析。

频率响应分析能够分析传递函数的幅频响应和相频响应，亦即，可以得到电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益、输入阻抗、输出阻抗的频率响应。分析结果均以曲线方式输出。

PSPICE用于噪声分析时，可计算出每个频率点上的输出噪声电平以及等效的输入噪声电平。噪声电平都以噪声带宽的平方根进行归一化。它们的单位是V/Hz1/2。

103.瞬态分析：

即时域分析，包括电路对不同信号的瞬态响应，时域波形经过快速傅里叶变换（FFT）后，可得到频谱图。通过瞬态分析，也可以得到数字电路时序波形。

另外，PSPICE可以对电路的输出进行傅里叶分析，得到时域响应的傅里叶分量（直流分量、各次谐波分量、非线性谐波失真系数等）。这些结果以文本方式输出。

4.蒙特卡罗（MonteCarlo）分析和最坏情况（WorstCase）分析：

蒙特卡罗分析是分析电路元器件参数在它们各自的容差（容许误差）范围内，以某种分布规律随机变化时电路特性的变化情况，这些特性包括直流、交流或瞬态特性。

最坏情况分析与蒙特卡罗分析都属于统计分析，所不同的是，蒙特卡罗分析是在同一次仿真分析中，参数按指定的统计规律同时发生随机变化；而最坏情况分析则是在最后一次分析时，使各个参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变，以得到最坏情况下的电路特性。11SPICEComponentsIndependentordependentvoltageandcurrentsourceRegistersInductorsCapacitorsMutualInductors(互感器)Transmissionsline(传输线)OperationalAmplifierSwitchesDiodesBipolar/MOStransistorJFET/MESFET(金属半导体场效应晶体管

)Digitalgates12BasicFlowforSPICE基本电路结构设定工作条件观察输出及测量参数选择分析种类及输入信号建立模拟电路组态执行模拟程序满足要求其他改变电路元件参数结束NYYN工作条件,电压,温度负载OP/DC/TRAN/AC.probe/measurement13PSPICE.CIR;spicebasicinputfile.OUT;outputfile(includingerror,simulationdata).DAT;simulationdatafile(binaryformat).INC;sub-circuit..LIB;simulationlibraryetc..SCH;schematicfile.NET;netconnection14HSPICE.sp;inputnetlist.cfg;designconfigurationhspice.ini;hspiceinitializationfile.st0;runtimestatus.lis;outputlisting.tr#;transientanalysisdata.sw#;dcanalysisdata.ac#;acanalysisdata.mt#;measureoutput15IndependentSourceDCACTransient(Timevarying)PulseSinPwlMixedDigitalinputelement16SPICE电路文件1.描述方法

（1）电路数据语句

（2）分析语句

（3）输出语句2.元件值的写法

比率后缀：T、G、MEG、K等单位的写法：V、A、ohm（欧姆）等2-217UnitsR–ohmC–FaradL–HenryScalefactorNumber

Prefix

CommonName

1012

=

1E12-

"T"or"t"

tera

109

=

1E9

-

"G"or"g"

giga

106

=

1E6-

"MEG"or"meg"

mega

103

=

1E3

-

"K"or"k"

kilo

10-3

=

1E-3

-

"M"or"m"

milli

10-6

=

1E-6

-

"U"or"u"

micro

10-9

=

1E-9

-

"N"or"n"

nano

10-12=

1E-12-

"P"or"p"

pico

10-15

=

1E-15-

"F"or"f"

femto

18元件语句1.电阻、电容、电感的描述

R<name>N1N2Value↑↑↑↑↑

电阻

电阻名连接节点1、2阻值电容、电感与电阻类似

C<name>N1N2ValueL<name>N1N2Value2-3192.电源（1）独立恒压源和恒流源恒压源：

V<name>N1N2TypeValue↑↑↑↑↑↑恒压源电源名正端节点负端节点

电源形式

电压值

恒流源：

I<name>N1N2TypeValue↑↑↑↑↑↑恒流源电源名流入端节点流出端节点

电源形式

电流值20（2）线性受控源压控电压源E<name>N1N2NC1NC2Value压控电流源G<name>N1N2NC1NC2Value流控电压源H<name>N1N2VcontrolValue流控电流源F<name>N1N2VcontrolValue21直流分析语句1..OP分析语句（1）各节点电压（2）流过独立恒压源的电流（3）每个元件的静态工作点2..DC分析语句对独立电源的参数进行扫描2-422.DCSRCnameSTARTSTOPSTEP↑↑↑↑↑DC命令被扫描电源起始值终止值步长例：.DCV11100.5表示分析恒压源V1电压从1v到10v变化时电路状态的变化，每隔0.5v分析一次。.TF语句用于分析电路小信号情况下的传输函数23输出语句1.输出列表.PRINTTYPEOV1OV2…↑↑↑↑…PRINT命令扫描类型待输出的变量名2.绘图.PLOTTYPEOV1OV2…↑↑↑↑…PLOT命令扫描类型待输出的变量名2-524子电路的定义和调用1.子电路的定义语句.SUBCKTSUBNAMEN1N2….ENDSUBNAME2.子电路调用语句.X<name>N1N2…SUBNAME2-625PSpice7.1SPICE是一种通用电路分析程序，能对电路结构、参数以及电路性能进行描述，并能方便地得到各种分析结果。最早的SPICE版本是由UCBerkeley于1972年开发出来的。目前，计算机辅助电路分析程序都基本上以SPICE作为标准。PSpice即SPICE的PC版。以下我们将介绍MacroSim公司的PSpice7.1。它可以对电路进行不同输入状态的时间响应、频率响应、噪声和其它有关信息的模拟分析和优化，以保证所设计的电路达到性能指标最优。26IsSpice4由美国Intusoft

公司所发展，是一套以柏克莱SPICE3F.5版为基础之商业化软件。另外，Intusoft

公司还开发很多的人机接口软件，让使用者容易操作与应用。这些软件统称为ICAP/4系统。1997年正式发表第8版(Version8)，标榜使用者不需要强记SPICE的指令语法，只需依照交谈模式输入资料或选择项目，即可以完成电路仿真与分析工作。第8版最主要是更新SpiceNet

电路图输入软件的功能。新增的功能相当多，例如执行仿真后将系统切换回SpiceNet

窗口画面，可以直接在电路图上显示测试波形。亦可立即修改元件值或温度值，并立即显示修改电路后的测试波形。还可将元件值或温度值设定为一连续变动数值，再把所有对应变动值的波形显示出来。27电路输入28电路仿真293031PSpice7.1的组成MacroSimPSpice7.1是一个综合性软件包，其中包含多个实用软件，每一软件可单独运行，亦可由Schematics软件统一调度。Schematics：是与PSpice其它部分直接相连的图形化前端程序，可编辑电路图形文件，并调用其它程序进行各项模拟分析；PSpice：整个MicroSim

PSpice的核心，用于对输入电路进行模拟分析；Probe：信号波形处理程序；StimulusEditor：信号源（激励源）编辑器；Parts：元件参数提取程序；PSpiceOptimizer：优化电路程序；PCBoards：印刷电路板布局程序；Specctra：自动布线程序。32PSpice7.1Schematics的主界面Schematics是PSpice的图形前端程序，起统一调度作用33新建打开存盘打印Schematics的工具条剪切复制粘帖取消操作重复操作重画放大缩小局部放大全局视图画线画总线建立模块引入文本获取元件最近访问之元件元件属性修改元件符号分析设置模拟分析34用Schematics画的电路图35由

Probe显示的模拟分析结果36PSpice操作实例第一步放置元件动态演示37连线第二步动态演示38模拟选项设置第三步动态演示39第四步模拟动态演示40PSpice实验举例（直流传输函数和输入输出电阻计算）一个单管放大电路如下图所示，设晶体管参数为Is=5×10-15A，F=100，RBB’=100，VA=50V。要求：调节VBB使ICQ1=2mA，计算电路的直流工作点，计算电路的电压增益和输入输出电阻。41电路图

VCC(+10V)

RC(2K)

RB(10K)+Q1

Vs

VBBVo_