HSPICE讲义--整理版

HSPICE讲义•基本语法•标题、结束及注释语句•电路描述语句•命令语句1知识结构知识结构：电路描述语句•元件描述语句无源：电阻(R),电容(C),电感互感(L),传输线等有源：二极管(D),三极管(Q),JFET(J),MOS(M)等•激励源描述语句独立源：独立电压源(V),独立电流源(I)源控源：电压控制电压源(E)电流控制电流源(F)电压控制电流源(G)电流控制电压源(H)•子电路描述语句（.SUBCKT或.MACRO语句）•模型描述语句(.MODEL语句)•库文件调用及定义语句(.LIB语句)2知识结构：命令语句•电路性能仿真直流分析1.直流工作点分析(.OP)2.直流扫描分析(.DC)3.直流小信号传输函数(.TF)4.直流小信号灵敏度分析(.SENS)交流分析1.交流小信号分析(.AC)2.极零点分析(.PZ)3.交流小信号失真分析(.DISTO)4.交流噪声分析(.NOISE)5.噪声叠加分析(.SAMPLE)6.交流网络分析(.NET)瞬态分析(.TRAN)蒙特卡罗最坏情况分析1.直流工作分析2.直流扫描分析3.交流扫描分析4.瞬态扫描分析温度分析3知识结构：命令语句（续）•输入控制：.ALTER语句，.PARAM语句，.DATA语句，.OPTIONS语句•输出控制：.PRINT语句，.PLOT语句，.PROBE语句，.GRAPH语句，.MEASURE语句4集成电路设计流程5功能定义行为设计逻辑设计逻辑仿真后仿真版图设计电路及仿真集成电路设计流程6功能定义1.电路功能2.操作速度3.接口温度4.功率消耗5电路整体构架6.划分功能模块想法及规划集成电路设计流程7功能定义行为设计仿真工具：VHDL，Verilog等硬件描述语言验证想法集成电路设计流程8功能定义行为设计逻辑设计逻辑仿真门级的设计集成电路设计流程9功能定义行为设计逻辑设计逻辑仿真电路及仿真详细电路设计与仿真仿真工具：SPICE！Hspice的使用流程10.spfileHspice网表输入格式1.title标题2Sources(IorV)输入激励和源3circuitdescription电路元件描述语句4.lib元件库引用5.modellibraries元件模型描述6.inc文件包含语句7.options选项设置8Analysisstatement仿真类型描述9.print/.plot/.graph/.probe输出方式描述10.end结束语句113.命令语句1.标题语句2.电路描述语句4.结束语句.sp文件的形式输入！Hspice的网表举例例：1ASIMPLEACRUN2VS1010AC13R1121K4R2201K5C1201n6.OPTIONSLISTNODEPOST7.OP8.ACDEC101K1MEG9.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)10.END12标题命令语句电路描述语句结束语句第二讲HSPICE网表的语法13标题、结束及注释语句2命令语句4基本语法31电路描述语句33文件名格式•后缀名：.sp。产生方法：可以用任何一个文本编辑器产生，只需更改后缀名•文件名：必须为英文，以字母打头，长度不超过256个字符•第一个语句必须是标题行，最后一个语句必须是.END语句；•标题语句和结束语句中间语句无任何先后次序；•续行用“+”表示。•分隔符可以为：tab键，空格，逗号，等号，括号•元件的属性用冒号来分割，例如M1:beta•用句点来表示隶属关系，例如X1.A1.V”表示电路X1的子电路A1的节点V14节点•结点名可以由以下任何字符打头：#_!%•结点可以用.GLOBAL语句声明为全局调用。如声明节点1为全局调用，.GLOBAL1•结点0、GND、GND！和GROUND均指的是Hspice全局的地。•HSPICE要求每个节点对地均要有直流通路。当这个条件不满足时，通常是接一个大电阻使该悬浮节点具有直流通路。•每个节点至少应连接两个元件，不能有悬空节点存在15数值及比例因子•数字表示：–数字可以用整数，如12，-5；–浮点数，如2.3845，5.98601；–整数或浮点数后面跟整数指数，如6E-14，3.743E+3；–在整数或浮点数后面跟比例因子，如10.18k•比例因子：为了使用方便，它们用特殊符号表示不同的数量级：–T=1E+12，G=1E+9，MEG=1E+6，K=1E+3，M=1E-3，U=1E-6，N=1E-9，P=1E-12，F=1E-15，DB=20lg10，MIL=25.4E-6(千分之一英寸)16单位及关键字•单位：以工程单位米、千克和秒（M，Kg，S）为基本单位。由此得到的其它电学单位可省略。如10，10V表示同一电压数。1000Hz，1000，1E+3，1k，1kHz都表示同一个频率值。同样，W、A等标准单位在描述时均可省略。17电压电流频率电阻电容电感VIFRCL单位可以省略，例如:C11210P元件关键字：纲要18标题、结束及注释语句2命令语句4基本语法31电路描述语句33标题和结束语句•.TITLE语句形式:1：.TITLEstringofupto72characters2：stringofupto72characters例如：可以为.titleasimpleacrun更常见的是第二种形式：asimpleacrun注意：如果没有标题，第一行空出。•.END语句形式：.ENDcomment在.END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。19注释语句•一般形式：*commentonalinebyitself或HSPICEstatement$commentonthesamelineasandfollowingHSPICEinput注释标识：“*”或“$”。“*”打头的注释放在每行开头，而“$”打头的注释紧跟语句之后。20纲要21标题、结束及注释语句2命令语句4基本语法31电路描述语句33内容提纲•元件描述语句•激励源描述语句•子电路描述语句（.SUBCKT或.MACRO语句）•模型描述语句(.MODEL语句)•库文件调用及定义语句(.LIB语句)22元件描述的基本格式HSPICE中元件的属性由器件名，器件位置，器件类型，器件参数值等来定义。格式为：名称器件所连接的节点器件的类型参数值23例：1ASIMPLEACRUN2V110DC10AC13R1121K4R2201K5C120.001U6.OPTIONSLISTNODEPOST7.OP8.ACDEC101K1MEG9.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)10.END一个简单的RC电路标题命令语句电路描述语句结束语句无源器件1-电阻；2-电容•电阻一般形式：RXXXn1n2RvalueTC=TC1,TC2温度系数的缺省值为0，0注释：R=R0*[1+TC1*(T-T0)+TC2*(T-T0)2]T0为室温，25或27℃例：R112100kRC112171kTC=0.001,0•电容一般形式：CXXXn1n2CvalueTC=TC1,TC2温度系数的缺省值为0，0注释：C=C0*[1+TC1*(T-T0)+TC2*(T-T0)2]例：C11210uCP12171pTC=0.001,024无源器件3-电感；4-互感25电感一般形式：LXXXn1n2LvalueTC=TC1,TC2温度系数的缺省值为0，0例：L11210uLP12171uTC=0.001,0LXXXn1n2POLYL0L1L2...电感值＝L0＋L1*I＋L2*I**2＋…，I为流过电感的流互感一般形式：KXXXLYYYLZZZKvalueKXXXLYYYLZZZK=value两耦合电感的名字:LYYY和LZZZ耦合系数:K,0k=1例：K34LAALBB0.9999KXFTRL1L4K=0.87无源器件5-无损耗传输线一般形式：TXXXinrefinoutrefoutZ0=valueTD=value或TXXXinrefinoutrefoutZ0=valueF=valueNL=value或TXXXinrefinoutrefoutZ0=valueL=valueIn：端口1的(+);refin：端口1的(-)节点；Out：端口2的(+);refout：端口2的(-)节点。Z0：特征阻抗。例子：T11020Z0=50TD=10NST21346Z0=200F=4.5MEGHzNL=0.5T31234Z0=120F=1.5MEGHz(NL=0.25)26传输线长度无源器件6-有损耗传输线均匀分布RC传输线一般形式：UXXXN1N2N3MNAMEL=LENN=LUMPS节点：N1，N2和N3，其中N3是连接到电容的节点；MNAME：模型名称。LEN：RC传输线长度(m)；LUMPS：传输线中所采用的集总分段数目例：U1150URCMODL＝50UURC21104UMOPLL=100UN=427有源器件•晶体二极管(D)(diode)•双极型晶体三极管BJT(Q)•结型场效应管JFET或金属半导体场效应管MESFET(J)•MOS场效应管(M)28晶体二极管(1)29只往一个方向传送电流的元件。单向导电特性：电流由正极流向负极二极管交流小信号等效电路CT势垒电容CD扩散电容gD增量电导g1漏电导rs寄生电阻决定二极管性能的因素：二极管面积：决定反向饱和电流，寄生电阻等掺杂浓度及材料：导通电压等温度：影响反向饱和电流，势垒电容等+-PN阳极阴极晶体二极管(2)一般形式:DXXXnplusnminusmnamearea=value,area+PJ=valueWP=valueLP=valueWM=value+LM=valueOFFIC=vdM=valueDTEMP=value注释：•DXXX：二极管元件名，必须以D开头，后面最多跟15个字符。•nplus/nminus:二极管的正端(阳极)和负端(阴极)•mname:二极管模型名•area：二极管面积，它定义了饱和电流，电容与电阻值。可以写为area=???也可以直接写为???，缺省值为1.0；若不定义area，用定义W(二极管宽度)和L(二极管长度)来代替也可以，area=W*L•PJ：二极管周长，PJ=2(L+M)。•WP/LP:寄生多晶电容的宽度/长度，缺省值为0•WM/LM:寄生金属电容的宽度/长度，缺省值为030晶体二极管(3)一般形式:DXXXnplusnminusmnamearea=value,area+PJ=valueWP=valueLP=valueWM=value+LM=valueOFFIC=vdM=valueDTEMP=value注释(续)：•OFF：规定在进行直流分析时忽略初始条件，缺省值为ON。•IC:瞬态分析的初始条件•M:多重二极管模拟时的倍增因子，缺省值为1•DTEMP:元件温度与电路温度之间的差额，缺省值0例子：DBRIDGE67DIODE1DCLMMMP3GNDDMOD3IC=0.231课堂总结•基本语法：文件名、输入行格式、空格、节点、数值及比例因子、单位•标题语句、结束语句、注释语句•电路描述语句：无源器件(电阻、电容、电感、传输线)；有源器件(二极管)32双极型晶体三极管(1)33NNNPPPEEEEBBBBCCCC决定三极管性能的因素：三极管面积：决定电流，电容，寄生电阻等掺杂浓度及材料：导通电压等温度：影响电流，势垒电容等双极型晶体三极管(2)34一般形式:QXXXncnbnensmname+avalue;AREAA=value,AREAB=value,AREAC=value+OFFIC=vbevalue,vcevalue;VBE=value,VCE=value+M=valueDTEMP=value注释：QXXX：三极管元件名，必须以Q开头，后面最多跟15个字符。nc/nb/ne/ns:三极管的集电极、基极、发射极以