第五讲-Hspice简介

第五讲Hspice简介OutlineSpiceOverviewHspice网单文件电路网表模型卡控制卡浏览输出波形简单的Hspice电路分析例子到网络学堂上下载Hspice手册：Hspice.pdfSpiceOverviewCircuitsimulationbackgroudSpiceOverviewSPICE:SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasisDevelopedbyUCBerkeleyNumericalApproachtoCircuitSimulationCircuitNode/ConnectionsDefineaMatrixMustRelyonSub-ModelsforBehaviorofVariousCircuitElementsSimple(e.g.Resistor)Complex(e.g.MOSFET)SpiceOverviewCircuitAnalysistoolforSimulationofElectricalCircuitsinSteady-State,Transient,andFrequencyDomains.Spicetoolsavailable:SBTSPICE,HSPICE,Spectre,TSPICE,Pspice,Smartspice...MostoftheSPICEtoolsareoriginatedfromBerkeley’sSPICEprogram,thereforesupportcommonoriginalSPICEsyntaxBasicalgorithmschemeofSPICEtoolsaresimilar,howeverthecontroloftimestep,equationsolverandconvergencecontrolmightbedifferent.SpiceOverviewSPICESimulationAlgorithm-DCSpiceOverviewSPICESimulationAlgorithm-TransientSpiceOverview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Hspice的流程后处理SchematicNetlisterHSPICENetlistHSPICESimulationAnalysisWaveDataParameterChangesMetaLibCDFSymbolLibrary前端功能反标注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。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.spEnteroutputfilenameordirectory:[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。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Hspice的输入——网单文件例(HspicenetlistfortheRCnetworkcircuit)：.titleASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.ENDHspice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Hspice的输入——网单文件.TITLE语句.TITLEstringofupto72characters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：.ENDcomment在.END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。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……R1R2c1210v1Hspice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。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c11210p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电路网表无源器件：电阻：Rxxxn1n2mnameR=resistanceAC=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欧姆电路网表无源器件：电容：一般形式：Cxxxn1n2mnameC=capacitance例，Cloaddriveroutput1.0e-6。电路网表无源器件：电感：一般形式：Lxxxn1n2L=inductance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：QxxxncnbnensmnameJFET：Jxxxndngnsnbmname电路网表有源器件：MOSFET:MxxxndngnsnbmnameparamsOrMxxxndngnsnbmnamewidthlengthotheroptions...下面是一个CMOS反相器网表：……Mnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=3uL=1.2u……电路网表§子电路语句子电路定义开始语句.SUBCKTSUBNAMnode1node2…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电路网表§子电路语句子电路终止语句.ENDSSUBNAM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.Xopa1abccOPAMP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.ENDSX1IN1INVWN=1.2UWP=3UX212INVWN=1.2UWP=3UX32OUTINVWN=1.2UWP=3UCLOUT01PFVCCVDD05V……12outIN电路网表激励源：独立源：电压源－V，电流源－IVxxx/Ixxxn+n-DC=dcvalAC=acmag,acphase+M=val例，V110DC=5V或V1105VI110DC=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=valtranfun：EXP,PULSE,PWL…。M=val表示并联的电流源个数。电路网表激励源：独立源：脉冲形式：Vxxxn+n-PULSE(v1v2tdtrtf+pwper)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周期脉冲形式举例例：VPU30PULSE(125N5N5N20N50N)电路网表激励源：独立源：正弦形式：Vxxxn+n-SIN(vovafreqtdq＋φ)v0失调值va幅度freq频率td延迟时间q阻尼因子相位电路网表Time=0~tdvo+va·sin(2πφ/360）Time=td~瞬态分析的结束时间vo＋vaExp[-(Time