Hspice电路仿真教程课件

第五讲Hspice电路仿真1精选2021版课件OutlineSpiceOverviewHspice网单文件电路网表模型卡控制卡浏览输出波形两个Hspice电路分析例子到网络学堂上下载Hspice手册：Hspice.pdf2精选2021版课件SpiceOverviewCircuitsimulationbackgroud3精选2021版课件SpiceOverviewSPICE:SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasisDevelopedbyUCBerkeleyNumericalApproachtoCircuitSimulationCircuitNode/ConnectionsDefineaMatrixMustRelyonSub-ModelsforBehaviorofVariousCircuitElementsSimple(e.g.Resistor)Complex(e.g.MOSFET)4精选2021版课件SpiceOverviewCircuitAnalysistoolforSimulationofElectricalCircuitsinSteady-State,Transient,andFrequencyDomains.Spicetoolsavailable:SBTSPICE,HSPICE,Spectre,TSPICE,Pspice,Smartspice...MostoftheSPICEtoolsareoriginatedfromBerkeley’sSPICEprogram,thereforesupportcommonoriginalSPICEsyntaxBasicalgorithmschemeofSPICEtoolsaresimilar,howeverthecontroloftimestep,equationsolverandconvergencecontrolmightbedifferent.5精选2021版课件SpiceOverviewSPICESimulationAlgorithm-DC6精选2021版课件SpiceOverviewSPICESimulationAlgorithm-Transient7精选2021版课件SpiceOverview在用Spice进行电路仿真之前，应：了解元件的基本特性熟悉所设计的电路功能了解需要验证的电路指标和对应的模拟种类、电路状态了解电路的输入信号特性了解电路各项指标的相依性及优先度了解电路结构、元件参数与各项电路特性的相关性，以便于模拟结果的改进8精选2021版课件Hspice的流程后处理SchematicNetlisterHSPICENetlistHSPICESimulationAnalysisWaveDataParameterChangesMetaLibCDFSymbolLibrary前端功能反标注9精选2021版课件Hspice的具体功能电路级和行为级仿真直流特性分析、灵敏度分析交流特性分析瞬态分析电路优化（优化元件参数）温度特性分析噪声分析傅立叶分析MonteCarlo,最坏情况，参数扫描，数据表扫描功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可扩展的性能分析10精选2021版课件Hspice的样子Hspice是一个在cmdshell窗口中运行的程序，无图形化界面；Hspice的输入网单文件是一个有特定格式的纯文本文件——可在任意的文本编辑工具中编辑；Hspice的输出也是一系列纯文本文件，根据不同分析要求，输出不同扩展名的文件。如：.lis.mt0.dat.smt等。11精选2021版课件Hspice的样子HSPICE的运行：在运行HSPICE之前，应该首先登录到SUN工作站上，并确保你的使用HSPICE的权限和环境变量已设好。打开一个“终端”窗口，然后进入到你的工作目录下。输入行命令运行。hspice有两种工作模式：提示行模式和非提示行模式12精选2021版课件两种工作模式——提示行模式

键入hspice,然后回车；系统会提示你输入一些参数，比如

Enterinputfilename:此时输入你的HSPICE网表文件，缺省的扩展名为.sp

Enteroutputfilenameordirectory:[<filename.lis>]缺省值为输入HSPICE网表文件名加上.lis扩展名。但.sp和.lis并不是必须。除此之外，还有一些参数（这些参数的隐含值一般不需要更改），直接回车即可。等你按照系统的提示确定所有的参数后，HSPICE就开始运行。13精选2021版课件一般情况下的输入举例如下：hspicedemo.sp或者hspicedemo.sp=>demo.lis两种工作模式——非提示行模式14精选2021版课件Hspice的输入——网单文件文件结构：.titleoptionsAnalysisstatement.print/.plot/.graph/.probeSources(IorV)netlist.lib.modellibraries.end输入文件的标题设置模拟的条件设置扫描变量、设置分析模式设置输出结果的显示方式设置输入激励电路网表元件库元件模型描述结束语句15精选2021版课件Hspice的输入——网单文件例(HspicenetlistfortheRCnetworkcircuit)：.titleASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.END16精选2021版课件Hspice的输出输出文件：一系列文本文件*.ic：initialconditionsforthecircuit*.lis：textsimulationoutputlisting*.mt0,*.mt1…：post-processoroutputforMEASUREstatements*.pa0：subcircuitpathtable*.st0：run-timestatistics*.tr0,*.tr1…：post-processoroutputfortransientanalysis*.ac0,*.ac1…:post-processoroutputforACanalysisMetaWave：观察波形(post-processor),人机交互界面17精选2021版课件Hspice的输入——网单文件.TITLE语句

.TITLE<stringofupto72characters>或者：<stringofupto72characters>

如果是第二种形式，字符串应该是输入文件的首行；如果一个HSPICE语句出现在文件的首行，则它将被认为是标题而不被执行。.END语句形式：.END<comment>

在.END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。18精选2021版课件Hspice的输入——网单文件网表：网表是描述电路元件和连接关系的部分，首先对电路的结点进行标记，不同结点起不同的名字。再说明各个元件的引脚连接到哪个结点及元件的类型和模型。一般格式为：名称器件的类型器件所连接的节点参数值例：……V11010AC1R1121KR2201KC120.001U……19精选2021版课件Hspice的输入——网单文件输入行格式

•输入网表文件不能是压缩格式；•文件名、语句、等式的长度不能超过256字符；•上标和下标将被忽略；•用加号（+）表示续行，此时加号应该是新续之行的第一个非数字、非空格字符；•星号（*）和美圆符号（$）可以引出注释行，但*必须是每行第一个字母，而$一般跟在一个语句后，并与语句有至少一个空格。20精选2021版课件Hspice的输入——网单文件分隔符包括：tab键，空格，逗号，等号，括号元件的属性由冒号分隔，例如M1:beta级别由句号指示，例如X1.A1.B表示电路X1的子电路A1的节点B常量M－毫，p－皮，n－纳，u－微，MEG－兆,例如c11210pF；单位可以省略，例如c11210p21精选2021版课件电路网表元件名元件名以元件的关键字母开头:电阻－R，电容-C……子电路的名字以“X”开头元件名不超过16个字符节点节点名长度不超过16个字符，可以包括句号和扩展名开始的零将被忽略：节点名可以用下列符号开始：#_!%节点可以通过.GLOBAL语句定义成跨越所有子电路的全局节点：.GLOBALnode1node2node3…node1node2node3都是全局节点，例如电源和时钟名节点0，GND,GND!,GROUND都指全局的地电位节点元件语句：器件的类型+名称器件所连接的节点参数值22精选2021版课件电路网表无源器件：电阻：Rxxxn1n2<mname><R=>resistance<AC=val>电阻值可以是表达式。例：RterminputgndR=’sqrt(HERTZ)’Rxxx981AC=1e10直流电阻1欧姆，交流电阻为1e10欧姆23精选2021版课件电路网表无源器件：电容：一般形式：Cxxxn1n2<mname><C=>capacitance例，Cloaddriveroutput1.0e-6。24精选2021版课件电路网表无源器件：电感：一般形式：Lxxxn1n2<L=>inductance25精选2021版课件电路网表有源器件：二极管：Dxxxnplusnminusmname/params模型中的寄生电阻串联在正极端。双极型晶体管：Qxxxncnbne<ns>mnameJFET：Jxxxndngns<nb>mname26精选2021版课件电路网表有源器件：MOSFET:Mxxxndngns<nb>mname<params>Or Mxxxndngns<nb>mname<width><length><otheroptions...>下面是一个CMOS反相器网表：……Mnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=3uL=1.2u……27精选2021版课件电路网表子电路语句

子电路定义开始语句

.SUBCKTSUBNAM<node1node2…>

其中，SUBNAM为子电路名，node1…为子电路外部节点号，不能为零。子电路中的节点号（除接地点），器件名，模型的说明均是局部量，可以和外部的相同。例.SUBCKTOPAMP1234

28精选2021版课件电路网表子电路语句

子电路终止语句

.ENDS<SUBNAM>

若后有子电路名，表示该子电路定义结束；若没有，表示所有子电路定义结束。 例.ENDSOPAMP

子电路调用语句

X*****<node1node2…>SUBNAM

例.Xopa1abccOPAMP29精选2021版课件子电路使用举例下面是由前面举例的CMOS反相器组成的三级反相器链网表：…….globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u .ENDSX1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX212 INVWN=1.2UWP=3U X32OUTINVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05V……30精选2021版课件电路网表激励源：独立源：电压源－V，电流源－IVxxx/Ixxxn+n-<<DC=>dcval><AC=acmag,<acphase>>+<M=val>例，V110DC=5V 或 V1105V I110DC=5mA 或 I1105mA交流模式：V110AC=10V,90幅度为10v，相位为90度交直流模式：V1100.5vAC=10V,90直流分量是0.5vorVxxx/Iyyyn+n-<tranfun>+<M=val>tranfun：EXP,PULSE,PWL…。<M=val>表示并联的电流源个数。31精选2021版课件电路网表激励源：独立源：脉冲形式：Vxxxn+n-PU<LSE><(>v1v2<td<tr<tf+<pw<per>>>>><)>V1值1V2值2td上升延迟时间tr上升时间tf下降时间pw脉冲宽度per周期32精选2021版课件脉冲形式举例例：VPU30PULSE(125N5N5N20N50N)33精选2021版课件电路网表激励源：独立源：正弦形式：Vxxxn+n-SIN<(>vova<freq<td<q＋<φ>>>><)>v0失调值va幅度freq频率td延迟时间q阻尼因子φ相位34精选2021版课件电路网表Time=0~tdvo+va·sin(2πφ/360）Time=td~瞬态分析的结束时间vo＋vaExp[-(Time-td)×θ]·Sin{2π·[freq(Time-td)+φ/360]}得到的波形：35精选2021版课件正弦形式举例例：VIN30SIN(01100MEG1NS1e10)36精选2021版课件电路网表激励源：独立源：逐段线性形式：pwl<(>t1v1<t2v2t3v3…>+<R<=repeat>><TD=delay><)>

vi是ti时刻的值，repeat是开始重复的起始点；delay是延迟时间。指数形式：EXP<(>v1v2<td1<t1<td2<t2>>>><)>V1是初始值，v2是峰值，td1是上升延迟时间，t1是上升时间常数，t2是下降时间常数。37精选2021版课件38精选2021版课件完整的网表部分举例前面反相器链的网表：…….SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u .ENDSX1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX21 2 INVWN=1.2UWP=3U X32 OUT INVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N)……39精选2021版课件模型卡

模型卡中列出了一系列元件的类型，并给出了各类型元器件的有关参数，对于不同类型的元件，参数的集合有不同的内容。一个模型对应于一类元件，不同的元件可以对应同一模型，其中各元件间的参数值可能不同，但参数集是一样的，一般值相同的参数的值在模型说明中给出。模型卡的语句是一条条.MODEL引导的模型说明语句。每个模型有一个名字。40精选2021版课件模型卡电阻模型：.MODEL模型名Rkeyword=valueNOISE，RX:热噪声参数，inr＝SQRT(NOISE·4KT/R),噪声＝电容模型：.MODEL模型名Cparameter=value41精选2021版课件42精选2021版课件模型卡

有源器件的模型说明都有一个LEVEL参数，不同的LEVEL对应不同的模型参数集。二极管模型：.MODEL模型名D<LEVEL=val><keyword=val>...电阻、电容、电流参数例：.MODELDD(CO=2PF,RS=1,IS=1P) .MODELDFOWLERD(LEVEL=2,TOX=100,JF=1E-10,EF=1E8) .MODELDGEOD(LEVEL=3,JS=1E-4,JSW=1E-8).modelnd+level=1js=1.52e-06jsw=1.59e-11n=1.0752rs=1.28e-08ik=3.57e+04+ikr=0.00vb=100.0ibv=1.00e-03trs=-1.72e-04cta=0.00ctp=0.00+eg=1.4235tcv=0.00gap1=4.73e-04gap2=1.11e+03ttt1=0.00ttt2=0.00+tref=25.0tm1=0.00tm2=0.00tpb=0.00tphp=0.00xti=-5.0模型说明中涉及的参数需与.OPTIONS的设置相配合：上华二极管模型之一见（csmc.lib）43精选2021版课件模型卡MOS模型：.MODEL模型名PMOS<LEVEL=val><parameters>.MODEL模型名NMOS<LEVEL=val><parameters>LEVEL=1常用于数字电路，精度低、速度快LEVEL=2考虑了衬底电荷对电流的影响LEVEL=13,39,49模拟电路，精度高、速度慢44精选2021版课件MOSFET模型说明举例例：1.2umCMOS工艺MOS管SPICE模型：.MODELNMOSNMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=0.74KP=8.0E-05+NSUB=5.37E+15GAMMA=0.54PHI=0.6U0=656UEXP=0.157UCRIT=31444+DELTA=2.34VMAX=55261XJ=0.25ULAMBDA=0.037NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=1.0RSH=70.00PB=0.58+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0003MJ=0.66CJSW=8.0E-10MJSW=0.24.MODELPMOSPMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=-0.74KP=2.7E-05+NSUB=4.33E+15GAMMA=0.58PHI=0.6U0=262UEXP=0.324UCRIT=65720+DELTA=1.79VMAX=25694XJ=0.25ULAMBDA=0.061NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=-1.0RSH=121.00PB=0.64+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0005MJ=0.51CJSW=1.35E-10MJSW=0.24上华提供的level=49的MOS模型见csmc.lib45精选2021版课件模型卡BJT模型：.MODELmnameNPN<(><pname1=val1>...<)>or.MODELmnamePNP<pname1=val1>...模型参数中一般包括LEVEL，说明哪种模型，不同级的模型有不同的模型参数集。46精选2021版课件BJT模型说明举例：上华BJT模型之一（见csmc.lib）.modelpnp20pnp+level=1is=1.01e-16bf=16.3979+nf=0.9909vaf=261.3346ikf=1.46e-03+ise=4.38e-15ne=1.9797br=0.6531+nr=0.8241var=10.0ikr=1.5+isc=1.00e-17nc=1.5rb=40.7749……47精选2021版课件控制卡

控制卡是hspice输入文件的命令部分，告诉hspice要进行哪些操作和运算，并给出相关的参数——如分析方式、输出的变量等。其内容主要包括选项语句（.OPTIONS)、分析命令语句、输出控制语句几类。这些语句格式的共同特点是都由保留字引导，后面跟随相应的参数，在保留字前要加“.”48精选2021版课件控制卡LIB语句：.lib‘<filepath>filename’entryname

该语句根据文件路径和文件名来调用一个库文件，一般该文件包含器件模型中的参数值。例.lib'f:\spice\userlib\csmc.lib'bjtcsmc.lib文件中： ···.libbjt .MODELpnp20pnp···.INCUDE语句：引用一个文件，被引用的文件置于引用文件前。例：LNA.include“me98xxxx/model.sp“···49精选2021版课件直流分析仿真流程50精选2021版课件控制卡——直流分析.OP：直流工作点分析会在输出文件中列出一些直流参数和各结点的工作点电压与支路电流、静态功耗。例:对前面反相器链电路的直流工作点分析。51精选2021版课件控制卡——直流分析.dc:扫描：.DC变量1扫描<变量2扫描>···扫描：var1STARTSTOPSTEP/<SWEEPvar2type

npstart2stop2>,type-DEC(十进位）/OCT（倍频）/LIN（线性）/DATA＝datanm/POI(列表）Np－单位范围内的点数（依type而定）。SWEEP后的变量可是电压、电流或温度等变量。例：.DCxval1k10k.5kSWEEPTEMPLIN525125

.

DCTEMPPOI503050100125对前面反相器链的直流特性扫描：...VIN IN0.DCVIN05V0.1V（从0v到5v，步长0.1v）…52精选2021版课件直流分析举例例：分析反相器链的直流传输特性和工作点…….globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2u…….ENDSX1 IN 1 INV WN=1.2UWP=3UX2 1 2 INV WN=1.2UWP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2UWP=3UCL OUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN 0.DCVIN 05V0.1V.OP…….END53精选2021版课件在Metawave中输出的直流传输特性曲线54精选2021版课件控制卡——直流分析小信号灵敏度分析：.SENSov1<ov2...>ov1,ov2是做灵敏度分析的支路电流或节点电压。计算给出输出变量对于每个电路参数的偏导，并做归一化。同一输出变量对所有电路参数的灵敏度和为100％小信号转移函数：.TFovsrcnamov是输出变量，srcnam是输入源。例.TFV(5,3)VIN计算V(5,3)/VIN55精选2021版课件瞬态分析仿真流程56精选2021版课件控制卡——瞬态分析一般分析:.TRANvar1START=start1STOP=stop1STEP=incr1or.TRANtincr1tstop1<tincr2tstop2...tincrNtstopN>+<START=val><UIC>起始时刻和步长都指的是输出打印的时刻点，计算的时间步长由hspice自己决定。UIC参数表示使用.IC语句指定的节点初始值。例：.TRAN.1NS25NS1NS40NSSTART=10NS0－25ns，步长0.1ns,25ns-40ns,步长1ns;从10ns开始输出结果。 .TRAN1NS100NS$以0.1ns的步长输出到100ns57精选2021版课件控制卡——瞬态分析Fourier分析：.FOURfreqov1<ov2ov3...>Freq－基频，ov1、ov2···－输出变量CMOSINVERTERM12100NMOSW=20UL=5UM22133PMOSW=40UL=5UVDD305VIN10SIN2.52.520MEG.MODELNMOSNMOSLEVEL=3CGDO=.2NCGSO=.2NCGBO=2N.MODELPMOSPMOSLEVEL=3CGDO=.2NCGSO=.2NCGBO=2N.OP.TRAN1N100N.FOUR20MEGV(2).PRINTTRANV(2)V(1).END58精选2021版课件输出文件傅立叶分析结果部分：fouriercomponentsoftransientresponsev(2)dccomponent=2.430D+00harmonicfrequencyfourier normalized phase normalizedno (hz) componentcomponent (deg) phase(deg)1 20.0000x 3.0462 1.0000 176.5386 0.2 40.0000x 115.7006m37.9817m -106.2672 -282.80573 60.0000x 753.0446m247.2061m 170.7288 -5.80984 80.0000x 77.8910m25.5697m -125.9511 -302.48975 100.0000x 296.5549m97.3517m 164.5430 -11.99566 120.0000x 50.0994m16.4464m -148.1115 324.65017 140.0000x 125.2127m41.1043m 157.7399 -18.79878 160.0000x 25.6916m8.4339m 172.9579 -3.58079 180.0000x 47.7347m15.6701m 154.1858 -22.3528totalharmonicdistortion=27.3791percent给出从1-9次谐波分量的相对大小，最后给出总谐波失真59精选2021版课件控制卡——交流分析.AC:一般频域扫描：.ACtypenpfstartfstop<SWEEPvarstartstopincr>or.ACtypenpfstartfstop<SWEEPvartypenpstartstop>or.ACvar1START=start1STOP=stop1STEP=incr1例：.ACDEC101K100MEG1kHz-100MHz,每10倍频10个采样点。60精选2021版课件低通滤波器频率响应举例.titleacsweepexample.OPTIONSPOSTR1in15C110500pFV1IN00AC=10V,37.ACOCT101100MEG.PRINTacV(1).END61精选2021版课件控制卡——交流分析噪声分析：用来计算各个器件的噪声对输出节点的影响并给出其均方根并输出，可完成.AC语句规定的各频率的计算，应在.AC分析之后。.NOISEovvsrcnaminterOvv－输出变量，srcnam－输入源，inter－频率间隔例：.titleacsweepexample.OPTIONSPOSTR1in15C110500pfV1IN00AC=10V,37.ACOCT101100MEG.noisev(1)v120－－分析1点电压的噪声情况，噪声源为V1端口.END62精选2021版课件Lis文件中输出的噪声分析结果1******Star-HSPICE--1999.4(19991220)22:12:1204/16/2002pcnt******.titleacsweepexample******noiseanalysistnom=25.000temp=25.000******frequency=1.0000hz****resistorsquarednoisevoltages(sqv/hz)element0:r1total8.233e-20rx5.0000****totaloutputnoisevoltage=8.233e-20sqv/hz=286.9260pv/rthztransferfunctionvalue:v(1)/v1=1.0000equivalentinputnoiseatv1=286.9260p/rthz****theresultsofthesqrtofintegral(v**2/freq)fromfstartupto1.0000hz.usingmorefreqpointsresultsinmoreaccuratetotalnoisevalues.****totaloutputnoisevoltage=0.volts****totalequivalentinputnoise=0.…….最后给出总的输出噪声电压和等效到输入端的噪声电压63精选2021版课件参数扫描要定义扫描的参数；在电路中引用参数；给出参数取值列表（DATA)；在分析语句中加入DATA=datanam，指定参数对应的数值表。64精选2021版课件参数扫描举例.titleacsweepexample.OPTIONSPOST.paramcv=500pfR1in15C110cvV1IN00AC=10V,37.datacv_tablecv300p500p1n.enddata.ACOCT101100MEGsweepdata=cv_table.END65精选2021版课件控制卡温度分析：与直流或瞬态分析等命令结合使用：例如对反相器链瞬态特性的温度扫描：……VININ0PULSE(05V10NS1N1N50N100N).TRAN1N200Nsweeptemp012520.PRINTV(OUT).END曲线如右：.TEMPt1<t2<t3...>>：会产生一系列的瞬态分析文件：tr0,tr1...,在metawave中对应不同的分析。66精选2021版课件控制卡初始化：.ICvar1=val1<var2=VAL2>···瞬态分析的初始化语句.NODESETvar1=val1<var2=VAL2>···直流分析的初始条件设定语句进行含有多稳态电路的模拟时往往需要给出初始化条件。67精选2021版课件初始化问题举例：含有双稳态的电路固定A端为1，扫描输出－输入B的直流特性：vaa05vvbb0.dcvblin1005不收敛！应加上.nodesetv(i)=5vv(out)=0v68精选2021版课件上面电路的瞬态分析也需要初始化：...vaa05vvbb0pulse(051n0.1n0.1n5n10n).ICv(i)=5vv(out)=0v.tran0.1n20ns...69精选2021版课件控制卡.OPTIONS:该语句允许用户重新设置程序的参数或控制程序的功能。常用的一些如下：

node:列出个节点的元件端点，便于查错；post:使输出数据可以使用MetaWaves浏览（即将数据输出到postprocessor）list:列出元件列表； MEASDGT：.MEASURE语句输出的有效数字位数例：.optionpostprobe$MetaWaves只观察.probe语句输出的变量。70精选2021版课件输出控制输出语句：.PRINT:在输出的list文件中打印数字的分析结果，如果.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。.PLOT:在输出的list文件中打印低分辨率的曲线（由ASCII字符组成）,如果.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。.GRAPH：生成用于打印机或PostScript格式的高分辨率曲线。.PROBE:把数据输出到post-processor，而不输出到list文件。.MEASURE:输出用户定义的分析结果输出到.mtx文件，如果.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。.OP,.TF,.NOISE,.SENS和.FOUR都提供直接输出功能。71精选2021版课件输出控制.PRINT：.PRINTantypeov1<ov2…ov32>Antype－AC/DC/TRAN；Ovi：输出变量，可以有以下形式：v(1):节点1的电平，v(1,2):1、2间的电压，V(R1):电阻R1的电压；vm(1):v1的幅值，vr(1):v1的实部，vi(1):v1的虚部，vp(1)v1的相位，vdb(1):v1的分贝值；（电流与以上类似）；INOISE,ONOISE;72精选2021版课件输出控制.PLOT:.PLOTantypeov1<(plo1,phi1)>…<ov32>+<(plo32,phi32)>(plo1,phi1)－ov1绘图的上下限。.PROBE:.PROBEantypeov1…<ov32>

*元件电流引用：BJT:I1(Qx)-Ic，I2(Qx)-Ib,I3(Qx)-Ie,I4(Qx)-衬底电流； MOS:I(Mx)-Ids。73精选2021版课件几个输出语句例子.PRINTacV(1).TRAN1N200N.PROBEV(OUT).NOISEv(out)vin10.printnoiseonoiseinoise.NETV(8)VINRIN=50ROUT=50（二端口网络定义）.PLOTACZIN(R)zout(r)zout(i).printim(rd).PRINTACS11(DB)S21(m)S22(DB)74精选2021版课件Hspice的输出.MEASURE:包括以下测量模式：Rise,fall,anddelayFind-whenEquationevaluationAverage,RMS,min,max,andpeak-to-peakIntegralevaluationDerivativeevaluationRelativeerror.MEASURE<DC|AC|TRAN>resultTRIG…TARG…75精选2021版课件输出控制.MEASURE:Rise，Fall，Delay模式：.MEASURE<DC|AC|TRAN>resultTRIG…TARG…Result－测量结果的名字，TRIG…TARG－起始···中止（依分析内容不同可是时刻、频率···）76精选2021版课件输出控制.MEASURE:TRIG和TARG的格式

TRIGtrig_varVAL=trig_val<TD=time_delay><CROSS=c>+<RISE=r><FALL=f>或TRIGAT=valTARGtarg_varVAL=targ_val<TD=time_delay>+<CROSS=c|LAST><RISE=r|LAST><FALL=f|LAST>

trig_var和targ_var指定引发变量；val指出上升、下降、或反转的临界点；time_delay指出开始测量时跳过的时间量；CROSS,RISE,FALL分别指出开始触发的次数；LAST说明到最后一次；例.meas

tran

tdlaytrigv(1)val=2.5td=10nrise=2+targv(2)val=2.5fall=277精选2021版课件计算反相器链电路的延迟时间.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp"……X1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX21 2 INVWN=1.2UWP=3U X32 OUT INVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N).TRAN1N200N.measuretrantdelaytrigv(in)val=2.5td=8nsrise=1+ targv(out)val=2.5td=9nfall=1.END78精选2021版课件测量结果输出的Chain.mt0文件：$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='1999.4'.TITLE'.title1.2umcmosinverterchain'tdelaytemperalter#9.121e-0925.00001.0000延迟9.121ns79精选2021版课件Hspice的输出.MEASURE:Find－When模式：.MEASURE<DC|TRAN|AC>result条件<RISE=r|LAST>+<FALL=f|LAST><CROSS=c|LAST>条件：WHENout_var=val或WHENout_var1=out_var2或FINDout_var1WHENout_var2=val或FINDout_var1WHENout_var2=out_var380精选2021版课件.measure语句例二若在控制卡中加如下一句：.measuretranttranswhenv(out)=4.5v求输出电压降到4.5v的时刻，则输出文件chain.mt0如下：$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='1999.4'.TITLE'.title1.2umcmosinverterchain'tdelayttranstemperalter#9.121e-091.262e-0825.00001.000081精选2021版课件求元件功耗：一般形式.print/plot<dc或tran>P(element)power其中，power关键词用来计算整个电路的功率。例.printtranP(M1)P(Vin)P(Cload)Power*这里只计算瞬态分析或直流分析中的瞬时功耗或静态功耗。使用measure语句：.measuretranp_AVGPOWERfrom=0nto=100ns……tdelayp_temperalter#9.121e-092.653e-0425.00001.0000

82精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形——HSPICE分析结果的浏览83精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

启动MetaWaves:在UNIX的cmdshell的提示符下，键入

awaves&,

回车即进入MetaWaves的工作环境。

84精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

模拟文件的打开与关闭:点开Design菜单，其中的Open…和Close…命令分别用来打开和关闭待显示波形的模拟文件。

85精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

Tools窗口:提供了一些常用的工具，如下图所示：

86精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

结果编辑窗口:打开一个模拟文件后，就弹出ResultBrowser窗口用来编辑待显示的结果。可以直接显示的输出列在

curves子窗口中。选定一个变量后，直接用鼠标中键拖进主菜单中的波形显示区，即panel中即可。

87精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

表达式编辑窗口:点开Tools中的ExpressionBuilder,出现该窗口。该窗口提供了常用的函数和运算符，能实现对已有输出波形的函数运算。它的结果也能被显示出来。88精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

波形浏览区编辑菜单Panels:有时要显示的波形很多，在一个窗口中放不下，就需要开多个窗口。该菜提供了窗口的Add,Hide,Delete,AddLabel,DeleteLabel等操作；以及单个窗口

中DeleteCurves

的操作。

89精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

波形显示编辑菜单Windows:对一个Panel中的波形的显示模式进行编辑，包括X轴，Y轴，

X轴/Y轴的放大(ZoomIn)、缩小(ZoomOut)，移动(Pan)，以及全图显示(Full)，

恢复上一视图

(LastZoom),以及视图设置

(SetZoom)。

90精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

测量菜单Measure:它提供了对波形进行测量的一些基本工具，用户可以选择点测量(Point)或点对点的测量(PointToPoint)，测量完之后可以清除测量标记(DeleteMeasure或DeleteAllMeasure)。在MeasureLabel

Options

或MeasurePreference项中调整一些测量的参数，比如精度等。91精选2021版课件使用MetaWaves浏览波形

例子：

92精选2021版课件一个例子：缓冲驱动器分析——HSPICE分析举例93精选2021版课件准备模型文件选用1.2umCMOS工艺levelII模型(Models.sp).MODELNMOSNMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=0.74KP=8.0E-05+NSUB=5.37E+15GAMMA=0.54PHI=0.6U0=656UEXP=0.157UCRIT=31444+DELTA=2.34VMAX=55261XJ=0.25ULAMBDA=0.037NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=1.0RSH=70.00PB=0.58+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0003MJ=0.66CJSW=8.0E-10MJSW=0.24.MODELPMOSPMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=-0.74KP=2.70E-05+NSUB=4.33E+15GAMMA=0.58PHI=0.6U0=262UEXP=0.324UCRIT=65720+DELTA=1.79VMAX=25694XJ=0.25ULAMBDA=0.061NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=-1.0RSH=121.00PB=0.64+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0005MJ=0.51CJSW=1.35E-10MJSW=0.2494精选2021版课件设计基本反相器单元根据模型参数、设计要求设定管子尺寸写出反相器网单：.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp".globalvddMnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=3uL=1.2u CLOUT 0 0.5PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N)……95精选2021版课件直流传输特性分析.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp".globalvdd.optionprobeMnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=1.2uL=1.2u CLOUT 0 0.5PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N).DCVIN 05V0.1V.op.probedcv(out).end96精选2021版课件在Cmdshell中输入“>hspicechain.sp&”，回车，窗口中显示工作信息，当显示：“ *****jobconcluded1******Star-HSPICE--1999.4(19991220)21:16:5404/21/2002pcnt******.title1.2umcmosinverterchain******jobstatisticssummary……”时工作结束且无错误（若是”…jobaborted…”则发生错误，可检查上面信息，会给出错误提示。）若输入hspicechain.sp=>chain.lis，窗口运行后显示的内容存入chain.lis文件中再输入”>awaves&”起动metawave。97精选2021版课件选择Design->open，在opendesign窗口中从Filter菜单中选中input或all，会在下面文件列表中显示出来，任选一个设计文件。

98精选2021版课件Metawave中输出的直流传输特性曲线99精选2021版课件利用含参数的子电路组成反相器链.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp".globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u .ENDSX1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX21 2 INVWN=1.2UWP=3U X32 OUT INVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN0……100精选2021版课件直流特性分析…….DCVIN 05V0.1V.measureDCttranswhenv(out)=2.5v…….END ……ttranstemperalter#2.450025.00001.0000101精选2021版课件时序特性……VININ0PULSE(05V10NS1N＋1N50N100N)*.DCVIN 05V0.1V

.TRAN1N200N.measuretrantdelaytrigv(in)＋val=2.5td=8nsrise=1+ targv(out)val=2.5＋td=9nfall=1.PRINTV(OUT).end102精选2021版课件考察驱动能力扫描负载电容，观察时序波形：…….paramcload=1pf…….datacvcload0.5p1p2p.enddata……CL OUT0cloadVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N＋50N100N).TRAN1N200Nsweepdata=cv……103精选2021版课件固定负载，扫描管子尺寸…….paramwu=1.2u.paramwpt='2.5*wu'…….datacvwpt1.2u2.4u3u.enddataX1IN1 INVWN=wuWP=wptX21 2INVWN=wuWP=wptX32 OUTINVWN=wuWP=wptCLOUT 0 1pf …….TRAN1N200Nsweepdata=cv.measuretrantdtrigv(in)val=2.5td=8ns＋rise=1 targv(out)val=2.5td=9nfall=1.END$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='1999.4'.TITLE'.title1.2umcmosinverterchain'indexwpttdtemperalter#1.00001.200e-069.121e-0925.00001.00002.00002.400e-064.724e-0925.00001.00003.00003.000e-063.891e-0925.00001.0000104精选2021版课件例子：简单跨导放大器分析——HSPICE分析举例105精选2021版课件电路与网表指标分析偏置电流与功耗、开环增益、GBW与相位裕度、压摆率、SwingRange、失调、噪声、工艺corner分析、温度特性分析等106精选2021版课件V_Vpvdd05VV_Vacvin0DC2.5VAC1V0V_Vdcvip02.5VR_Rzvo1N_0001rzvC_CcN_0001voccvC_CL0voclvC_Cb0vb10pR_Rbvbvdd100kM_U2vo1vipN_00020nmL=0.6uW=12uM=2M_M1N_0003N_0003vddvddpmL=2uW=12uM=2M_M3vovo1vddvddpmL=0.6uW=12uM=8M_U1N_0003vinN_00020nmL=0.6uW=12uM=2M_U4vovb00nmL=5uW=12uM=8M_U5vbvb00nmL=5uW=12uM=1M_U3N_0002vb00nmL=5uW=12uM=4M_M2vo1N_0003vddvddpmL=2uW=12uM=2存在文件中107精选2021版课件Hspice执行网表Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.50.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k100meg$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end108精选2021版课件工作点分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot*.optionpostprobe*.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.50.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k100meg

$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end109精选2021版课件工作点分析浏览并分析.lis文件的内容.prot与.unprot使用将使得其中的内容不在.lis中出现用oper查找，即可找到operatingpointinformation这一段，可看到电路各节点的电压、各元件的工作状态注意此时vo=4.8916对于提供电源的电压源v_vp，注意其功耗就是电路功耗，因此可查得电路功耗为2.47mW对于MOS管，注意各参量的含义：region、id、vgs、vds、vth、vdsat、gm、gmb、gds……可查得流过M_U3的偏置电流为149.8uA，并注意到M_M3的region为Linear110精选2021版课件直流扫描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.452.550.001*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k100meg

$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end粗扫111精选2021版课件直流扫描vovo1dvo对vo求导小信号增益Gain=d(vo)/d(v_vdc)确定精扫扫描范围112精选2021版课件直流扫描对vo求导的操作步骤1中键拖动2中键拖动3定义结果名回车derivative113精选2021版课件直流扫描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k100meg

$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end精扫114精选2021版课件直流扫描对于增益要求G0，存在对应的输出swingrange，若用小信号增益gain>G0作为swingrange，则一定满足增益要求例如G0=500，则根据下图其swingrange(0.485,4.29)若取输出中心电压为vdd/2，而令vo=vdd/2时，可测得此时v_dc=2.4876V故ota的系统失调：Vos=12.4mVnonlinearSmall-signalgain115精选2021版课件交流扫描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k200meg$sweeprzv02k0.2k.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end表示没有补偿电阻Rz将中的v_vdc值设为：V_Vdcvip02.4779V116精选2021版课件交流扫描GBW=99.8MHz相位裕度34.6度直流small-signalgain117精选2021版课件交流扫描单位增益带宽GBW

gm1/(Cc+CGD3)主极点

p11/[Ro1gm3Ro(Cc+CGD3)]第二极点

p2gm3/(CL+Co)零点z1/[(Cc+CGD3)(gm3-1-Rz)]查看.lis文件可知gm32mgm10.83mgm1b0.13m由于零点的作用，相位裕度从60多度减小至39度！gm1为输入管M_U1的跨导gm3为第二级输入管M_M3的跨导118精选2021版课件交流扫描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500megsweepccv05p1p.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析miller补偿效应119精选2021版课件交流扫描增加Cc，

p1向下移动，GBW减小相位裕度增加增加Cc到5p时，相位裕度增加到约59度，而GBW已经减小到24.8MHz!120精选2021版课件交流扫描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500megsweeprzv02k0.2k.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析零极点抵消效果加Rz，可减弱零点的作用，提高相位裕度；当达到零极点抵消时，应满足：Rz(CL+Cc)/(gm3Cc)得出Rz1k121精选2021版课件交流扫描Rz增加到0.6k时，相位裕度增加到约55度，GBW约76MHzRz增加到1时，相位裕度增加到约67度，GBW约103MHz122精选2021版课件噪声分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_