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1、CMOS模擬集成電路實訓之H-SPICE輔助設計,東南大學集成電路學院 IC實驗室,,Leo_,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,開始前 H-SPICE不要安裝在中文目錄下 任何H-SPICE需要調用的文件都不要放在中文目錄下 網表文件第一行為標題行 H-SPICE并不是所見即所得模式，但可以借助Cadence實現(xiàn),,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,(1)SPICE背景
2、SPICE：Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 由加州大學伯克利分校研制 廣泛使用，成為行業(yè)標準模型 電路仿真的數字方法 電路節(jié)點定義一個矩陣 電路元件特性依賴于子模型 簡單的如電阻：Resistor 復雜的如MOS管：MOSFET,,(2)SPICE簡介 SPICE是一個電路分析工具，用于電路的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和頻域仿真 種類繁多：業(yè)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程序開發(fā)，均支持
3、通用的SPICE網表文件 SPICE工具的算法基本相似，可能在時步控制、方程解算器和收斂控制方面會有所不同,,(3)使用SPICE需具備的基礎 了解元件的基本特性 熟悉所設計的電路功能 了解需要驗證的電路指標和對應的模擬種類、電路狀態(tài) 了解電路的輸入信號特性 了解電路各項指標的相依性及優(yōu)先度 了解電路結構、元件參數與各項電路特性的相關性，以便于模擬結果的改進,,(4)HSPICE的具體功能 電路級和行為級仿真 直流特性分析、靈敏度分析 交流特性分析 瞬態(tài)分析 電路優(yōu)化（優(yōu)化元件參數） 溫度特性分析 噪聲分析 傅立葉分析 蒙特卡羅最壞情況分析，參數掃描，數據表掃描 功耗、各種電路參數（H參數、T
4、參數、S參數）等可擴展的性能分析,,(5)HSPICE的界面,,(6)HSPICE的輸入輸出數據,,(7)HSPICE的文件及其后綴 輸出列表 .lis 瞬態(tài)分析結果 .tr#+ 瞬態(tài)分析測量結果 .mt# 直流分析結果 .sw#+ 直流分析測量結果 .ms# 交流分析結果 .ac#+ 交流分析測量結果 .ma# 輸出狀態(tài) .st# 工作點節(jié)點電壓（初始條件） .ic # ：代表掃描分析序號或者硬拷貝文件序號，一般從0 開始。 +：表示在用.POST語句產生圖形數據后該文件才被確立。,,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model &
5、Sub circuits Component Source Control 實訓,,(1)電路與網表 *COMPONENTS m1 vout vin 0 0 mn w=30U l=LMOD m2 vout 1 vdd vdd mp w=10U l=1u m3 1 1 vdd vdd mp w=10U l=1u cl vout 0 10p iref 1 0 100u *SOURCES
6、 vdd vdd 0 dc 5 vin vin 0 dc VMOD ac 1 .op 網表是描述電路元件和連接關系的語句 首先對電路節(jié)點進行標記 說明各個元件的類型和模型 說明各個元件的引腳連接到哪個節(jié)點,,,(2)HSPICE的網表結構,,(3)HSPICE的網表編寫規(guī)則 網表文件的第一個語句必須是標題行，最后一個語句必須是.END 網表中語句的次序是隨意的，但是續(xù)行（行首有“”的行）除外 注釋行（首字母為*或句末為$）可加在文件中的任何地方 不要重復定義節(jié)點 不要有懸空節(jié)點 關鍵節(jié)點最好使用有意義的命名 文件名、語句、等式的長
7、度不能超過256字符 不區(qū)分大小寫,,(4)節(jié)點命名規(guī)則 可以是字母或數字(如VIN1，12等) 0節(jié)點總是地 節(jié)點數字后的字母可被忽略(如5A=5B=5) 節(jié)點均為本地 可以使用.GLOBAL聲明全局節(jié)點(例 .GLOBAL VDD VSS),,(5)網表中的單位及比例因子 單位可以省略 比例因子不可省略,,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,(1)Model簡介 Model主要內容為元件參數 語法規(guī)則 .MODEL 模型名 PMOS .MODEL 模型名 NMOS LEVEL=1常
8、用于數字電路，精度低、速度快 LEVEL=2考慮了襯底電荷對電流的影響 LEVEL=13,39,49用于模擬電路，精度高、速度慢,,(2)元件參數說明 模擬電路仿真前的手工估算 VT0（零偏置閾值電壓） KP（傳輸電導參數） GAMMA（體閾值參數） LAMBDA（溝道長度調制參數） CGS0/CGD0/CGB0（GS-GD-GB覆蓋電容） CJ（零偏置結電容） TOX（氧化層厚度）PHI（表面勢）NSUB（襯底摻雜）NSS（等效表面電荷） NFS（快速表面態(tài)效應）U0（表面遷移率） CSMC 0.5um CMOS,,(3)Subckt簡介 子電路是以 .SUBCKT 開頭，以 .ENDS 結
9、束的一組語句 子電路中可嵌套其它子電路 語法規(guī)則 定義 調用,,(4)子電路應用實例,,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,(1)元件描述 C Capacitor D Diode L Inductor M MOSFET Q BJT R Resistor X Subcircuit Call,,(2)語法示例,,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,(1)常用電源類型 直流源 交流
10、源 脈沖源 分段線性源 正弦源 指數源,,(2)瞬態(tài)電壓源實例 脈沖源 語法 例子 a test of pulse .TRAN 200P 130N VIN IN 0 PULSE 0 5 10N 10N 10N 40N 100N .end,,(3)瞬態(tài)電壓源實例（續(xù)） 分段線性源 語法 例子 a test of PWL .TRAN 10N 10U VIN IN 0 PWL 0 0.5 10n 0.5 20n 4.5 2u 4.5 2.01u 0.5 4u 0.5 4.01u +2.49 6u 2.49 6.01u 2.6 8u 2.6 8.01u 2.4 10u 2.4 .end,,(4)瞬態(tài)電
11、壓源實例（續(xù)） 正弦源 語法 例子 a test of SIN .TRAN 10N 10U VIN IN 0 SIN 2 1 0.5X 1U .end,,(5)瞬態(tài)電壓源實例（續(xù)） 指數源 語法 例子 a test of EXP .TRAN 100P 800N VIN IN 0 EXP 0 2 2N 30N 60N 40N .end,,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,(1)常用控制語句 直流工作點 直流掃描和直流小信號分析 交流掃描和小信號分析 瞬態(tài)分析,,(2).OP直流工作點分
12、析 語法格式 .OP 輸出某一時間的直流工作點 節(jié)點電壓 電流源 功率損耗 半導體器件的電流、電導、寄生電容等 圖例,,,(3).DC直流傳輸特性掃描 語法格式 .DC var1 start1 stop1 incr1 可以進行 直流參數掃描 電源值掃描 溫度范圍掃描 輸出掃描結果(圖形) 圖例,,(4).AC直流傳輸特性掃描 語法格式 .AC type np fstart fstop 特性 將交流分析變量作為指定頻率的函數 先求直流工作點作為交流分析的初值 非線性器件轉換為小信號模型 輸出掃描結果(圖形) 圖例,,(5).OPTION 控制選項項語句 允許用戶重新設置程序的參數或/和控制程序的
13、功能 滿足用戶的需要或特殊的模擬目的 輸出到LIST文件 語法格式 .OPTION opt1 optn為控制選項的名稱 一般以optn=x形式出現(xiàn)，x表示控制選項的賦值 排列順序任意 示例 .OPTION post，用于在終端上顯示模擬結果的高分辨率圖形曲線 .OPTION acct，在電路模擬過程結束后，提供運行過程統(tǒng)計結果 .OPTION node，輸出節(jié)點鏈接表，用于診斷與拓撲相關的不收斂 .OPTION opts，輸出當前所有控制選項的設置 .OPTION nomod，禁止輸出模型參數，用于減小LIST文件長度,,(6).PARAM 參數及表達式定義語句 用來對HSPICE 模擬中的元
14、件和模型所指定的關鍵字進行賦值 適合要調用不同參數進行模擬的場合 語法格式 .PARAM xx=COSTANT FUNCTION CONSTANT為常數 FUNCTION 為函數 示例 .PARAM m=1 .PARAM WMOD=m*30u,,(7).PRINT 打印語句 規(guī)定了要輸出的變量值 輸出到LIST文件 可以輸出兩變量之間的波形 語法格式 .PRINT antype ov1 anytype可以是DC、AC、TRAN ovn是要輸出的變量 示例 .PRINT DC v(vin) i(m1) 輸出m1管的轉移特性曲線 .PRINT & .PLOT,,(8)特殊控制語句 數據測量語句.M
15、EASURE .MEASURE type WHEN MAX 參數替換語句.ALTER 網表執(zhí)行到.ALTER處獲取新參數，并重新執(zhí)行 二次掃描關鍵字SWEEP 常與.DC、.AC、.TRAN連用，用以掃描輸出一組波形 傳遞函數計算.TF 計算放大倍數、輸入輸出電阻 零極點分析.PZ 獲取零點極點,,內容,H-SPICE概述 H-SPICE網表 Model & Sub circuits Component Source Control 實訓,,實訓一,Hspice安裝與配置 單一mos管特性分析與仿真 反相器特性分析與仿真 差分放大器分析與仿真,Lab1：電流源負單級放大器 指標 VDD=5V CL=10pf Iref=100A AV=35 G.B.=9MHz 要求 原理分析 工作點選取 HSPICE直流特性仿真 HSPICE交流特性仿真 實訓一參考,,,Lab1：自舉電壓基準 指標 VDD=5V Vref =1.29V Iref=10A 要求 原理分析 工作點選取 HSPICE直流特性仿真 HSPICE交流特性仿真 實訓二參考,,,,,
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