您好,欢迎访问三七文档
CMOS模拟集成电路实训之H-SPICE辅助设计东南大学集成电路学院IC实验室Leo_lu@139.com内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训开始前……•H-SPICE不要安装在中文目录下•任何H-SPICE需要调用的文件都不要放在中文目录下•网表文件第一行为标题行•H-SPICE并不是所见即所得模式,但可以借助Cadence实现内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训(1)SPICE背景•SPICE:SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis–由加州大学伯克利分校研制–广泛使用,成为行业标准模型•电路仿真的数字方法–电路节点定义一个矩阵•电路元件特性依赖于子模型–简单的如电阻:Resistor–复杂的如MOS管:MOSFET(2)SPICE简介•SPICE是一个电路分析工具,用于电路的稳态、瞬态和频域仿真•种类繁多:业界有很多SPICE工具,包括HSPICE、SBTSPICE、Specture、TSPICE、PSPICE、Smartspice、ISpice等等•通用性好:由于都是基于伯克利SPICE程序开发,均支持通用的SPICE网表文件•SPICE工具的算法基本相似,可能在时步控制、方程解算器和收敛控制方面会有所不同(3)使用SPICE需具备的基础•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(4)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•蒙特卡罗最坏情况分析,参数扫描,数据表扫描•功耗、各种电路参数(H参数、T参数、S参数)等可扩展的性能分析(5)HSPICE的界面(6)HSPICE的输入输出数据(7)HSPICE的文件及其后缀•输出列表.lis•瞬态分析结果.tr#+•瞬态分析测量结果.mt#•直流分析结果.sw#+•直流分析测量结果.ms#•交流分析结果.ac#+•交流分析测量结果.ma#•输出状态.st#•工作点节点电压(初始条件).ic#:代表扫描分析序号或者硬拷贝文件序号,一般从0开始。+:表示在用.POST语句产生图形数据后该文件才被确立。内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训(1)电路与网表*COMPONENTSm1voutvin00mnw=30Ul=LMODm2vout1vddvddmpw=10Ul=1um311vddvddmpw=10Ul=1uclvout010piref10100u*SOURCESvddvdd0dc5vinvin0dcVMODac1.op•网表是描述电路元件和连接关系的语句•首先对电路节点进行标记•说明各个元件的类型和模型•说明各个元件的引脚连接到哪个节点VddM3M2M1CLVinVoutIREF1IO(2)HSPICE的网表结构TitleStatement-仿真时此行不执行.optionnomodnopage.tran110*Model&Subcircuit.model...or.LIBor.Subckt*Componentsc2202pfr1101km11234modL=10uW=30ux323INV*Sourcesv330dc0ac00pulse0100.10.148vinin0sin(0210k0.50)*Control.plotv(3)v(in).printv(5)i(r1)标题模型和子电路元件激励控制语句.end结束编译(3)HSPICE的网表编写规则•网表文件的第一个语句必须是标题行,最后一个语句必须是.END•网表中语句的次序是随意的,但是续行(行首有“+”的行)除外•注释行(首字母为*或句末为$)可加在文件中的任何地方•不要重复定义节点•不要有悬空节点•关键节点最好使用有意义的命名•文件名、语句、等式的长度不能超过256字符•不区分大小写(4)节点命名规则•可以是字母或数字(如VIN1,12等)•0节点总是地•节点数字后的字母可被忽略(如5A=5B=5)•节点均为本地•可以使用.GLOBAL声明全局节点(例.GLOBALVDDVSS)(5)网表中的单位及比例因子•单位可以省略•比例因子不可省略内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训(1)Model简介•Model主要内容为元件参数•语法规则–.MODEL模型名PMOSLEVEL=valparameters–.MODEL模型名NMOSLEVEL=valparameters–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用于模拟电路,精度高、速度慢(2)元件参数说明•模拟电路仿真前的手工估算–VT0(零偏置阈值电压)–KP(传输电导参数)–GAMMA(体阈值参数)–LAMBDA(沟道长度调制参数)–CGS0/CGD0/CGB0(GS-GD-GB覆盖电容)–CJ(零偏置结电容)–TOX(氧化层厚度)PHI(表面势)NSUB(衬底掺杂)NSS(等效表面电荷)–NFS(快速表面态效应)U0(表面迁移率)CSMC0.5umCMOS(3)Subckt简介•子电路是以.SUBCKT开头,以.ENDS结束的一组语句•子电路中可嵌套其它子电路•语法规则–定义–调用(4)子电路应用实例内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训(1)元件描述•CCapacitor•DDiode•LInductor•MMOSFET•QBJT•RResistor•XSubcircuitCall(2)语法示例CBEQ100CBEmodAREAAREABAREACDxn+n-modAREA内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训(1)常用电源类型•直流源•交流源•脉冲源•分段线性源•正弦源•指数源(2)瞬态电压源实例•脉冲源–语法–例子atestofpulse.TRAN200P130NVININ0PULSE0510N10N10N40N100N.end(3)瞬态电压源实例(续)•分段线性源–语法–例子atestofPWL.TRAN10N10UVININ0PWL00.510n0.520n4.52u4.52.01u0.54u0.54.01u+2.496u2.496.01u2.68u2.68.01u2.410u2.4.end(4)瞬态电压源实例(续)•正弦源–语法–例子atestofSIN.TRAN10N10UVININ0SIN210.5X1U.end(5)瞬态电压源实例(续)•指数源–语法–例子atestofEXP.TRAN100P800NVININ0EXP022N30N60N40N.end内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训(1)常用控制语句•直流工作点•直流扫描和直流小信号分析•交流扫描和小信号分析•瞬态分析(2).OP直流工作点分析•语法格式–.OP•输出某一时间的直流工作点–节点电压–电流源–功率损耗–半导体器件的电流、电导、寄生电容等•图例(3).DC直流传输特性扫描•语法格式–.DCvar1start1stop1incr1SWEEPvar2start2stop2•可以进行–直流参数扫描–电源值扫描–温度范围扫描–输出扫描结果(图形)•图例(4).AC直流传输特性扫描•语法格式–.ACtypenpfstartfstopSWEEPvarstartstopincr•特性–将交流分析变量作为指定频率的函数–先求直流工作点作为交流分析的初值–非线性器件转换为小信号模型–输出扫描结果(图形)•图例(5).OPTION•控制选项项语句–允许用户重新设置程序的参数或/和控制程序的功能–满足用户的需要或特殊的模拟目的–输出到LIST文件•语法格式–.OPTIONopt1opt2opt3…–optn为控制选项的名称–一般以optn=x形式出现,x表示控制选项的赋值–排列顺序任意•示例–.OPTIONpost,用于在终端上显示模拟结果的高分辨率图形曲线–.OPTIONacct,在电路模拟过程结束后,提供运行过程统计结果–.OPTIONnode,输出节点链接表,用于诊断与拓扑相关的不收敛–.OPTIONopts,输出当前所有控制选项的设置–.OPTIONnomod,禁止输出模型参数,用于减小LIST文件长度(6).PARAM•参数及表达式定义语句–用来对HSPICE模拟中的元件和模型所指定的关键字进行赋值–适合要调用不同参数进行模拟的场合•语法格式–.PARAMxx=COSTANT\FUNCTION–CONSTANT为常数–FUNCTION为函数•示例.PARAMm=1.PARAMWMOD=m*30u(7).PRINT•打印语句–规定了要输出的变量值–输出到LIST文件–可以输出两变量之间的波形•语法格式–.PRINTantypeov1ov2…ov32–anytype可以是DC、AC、TRAN–ovn是要输出的变量•示例–.PRINTDCv(vin)i(m1)–输出m1管的转移特性曲线•.PRINT&.PLOT(8)特殊控制语句•数据测量语句.MEASURE–.MEASUREtypeWHEN\MAX…•参数替换语句.ALTER–网表执行到.ALTER处获取新参数,并重新执行•二次扫描关键字SWEEP–常与.DC、.AC、.TRAN连用,用以扫描输出一组波形•传递函数计算.TF–计算放大倍数、输入输出电阻•零极点分析.PZ–获取零点极点内容•H-SPICE概述•H-SPICE网表•Model&Subcircuits•Component•Source•Control•实训实训一•Hspice安装与配置•单一mos管特性分析与仿真•反相器特性分析与仿真•差分放大器分析与仿真Lab1:电流源负单级放大器•指标–VDD=5VCL=10pfIref=100μA–AV=35G.B.=9MHz•要求–原理分析–工作点选取–HSPICE直流特性仿真–HSPICE交流特性仿真•实训一参考VddM3M2M1CLVinVoutIREF1IOLab1:自举电压基准•指标–VDD=5VVref=1.29VIref=10μA•要求–原理分析–工作点选取–HSPICE直流特性仿真–HSPICE交流特性仿真•实训二参考M3M4M1M5R2R1M6VDD0IrefVref启动电路偏置电路M2I11234
本文标题:模拟实训第一讲
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3130405 .html