hspice教程實用教案

1、第一(dy)部分第1頁/共96頁第一頁，共97頁。計算機輔助電路設(shè)計的特點(tdin)第2頁/共96頁第二頁，共97頁。電路設(shè)計流程(lichng)設(shè)設(shè) 計計 指指 標(biāo)標(biāo) 要要 求求確確 定定 電電 路路 方方 案案確確 定定 電電 路路 參參 數(shù)數(shù)選選 定定 分分 析析 方方 法法修修 改改 電電 路路 參參 數(shù)數(shù)修修 改改 電電 路路 方方 案案數(shù)數(shù) 學(xué)學(xué) 方方 法法C C A A C C A A實實 驗驗 方方 法法結(jié)結(jié) 果果性性 能能 滿滿 足足 要要 求求確確 定定 電電 路路第3頁/共96頁第三頁，共97頁。常見電路(dinl)網(wǎng)絡(luò)第4頁/共96頁第四頁，共97頁。常見(chn j

2、in)電路分析內(nèi)容第5頁/共96頁第五頁，共97頁。常見(chn jin)電路分析內(nèi)容第6頁/共96頁第六頁，共97頁。常見電路(dinl)分析內(nèi)容第7頁/共96頁第七頁，共97頁。常見(chn jin)電路分析內(nèi)容第8頁/共96頁第八頁，共97頁。常見電路(dinl)分析內(nèi)容第9頁/共96頁第九頁，共97頁。電路(dinl)模擬程序構(gòu)成輸出結(jié)果輸出結(jié)果輸入電路的拓?fù)湫泡斎腚娐返耐負(fù)湫畔⒑驮匦韵⒑驮匦越夥匠糖髷?shù)值解解方程求數(shù)值解確定器件模型確定器件模型并處理并處理建立電路方程建立電路方程第10頁/共96頁第十頁，共97頁。第二(d r)部分第11頁/共96頁第十一頁，共97頁。SPCI

3、ESPCIE和PSPICEPSPICE 通用電路模擬技術(shù)及軟件應(yīng)用SPICE和PSPICE姚立真第12頁/共96頁第十二頁，共97頁。小信號(xnho)單級放大器第13頁/共96頁第十三頁，共97頁。程序清單第14頁/共96頁第十四頁，共97頁。輸入描述(mio sh)語句第15頁/共96頁第十五頁，共97頁。輸入描述(mio sh)語句定是編號為零的參考點，這是事先定義好的，意為接地或共同節(jié)點。節(jié)點“0”或“000”是等效的。第16頁/共96頁第十六頁，共97頁。第三(d sn)部分第17頁/共96頁第十七頁，共97頁。元件(yunjin)描述（電阻） Value是電阻值，單位(dnwi)為

4、歐姆，可正可負(fù)，但不能為零。 PSPICE元器件描述第18頁/共96頁第十八頁，共97頁。元件(yunjin)模型和描述（電容）態(tài)分析語句.TRAN中的任選項關(guān)鍵字UIC規(guī)定時，IC規(guī)定的初始條件才起作用。第19頁/共96頁第十九頁，共97頁。元件模型和描述(mio sh)（電感）態(tài)分析語句.TRAN中的任選項關(guān)鍵字UIC規(guī)定時，IC規(guī)定的初始條件才起作用。第20頁/共96頁第二十頁，共97頁。元件模型和描述(mio sh)（互感）第21頁/共96頁第二十一頁，共97頁。元件(yunjin)模型和描述（無損傳輸線）第22頁/共96頁第二十二頁，共97頁。元件(yunjin)模型和描述（壓控開關(guān)

5、）第23頁/共96頁第二十三頁，共97頁。元件(yunjin)模型和描述（流控開關(guān)）第24頁/共96頁第二十四頁，共97頁。元件(yunjin)描述（二極管）第25頁/共96頁第二十五頁，共97頁。元件(yunjin)描述（三極管）第26頁/共96頁第二十六頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（JFETJFET）第27頁/共96頁第二十七頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（MOSFETMOSFET），的節(jié)點。 是模型名，可由用戶自行選定。第28頁/共96頁第二十八頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（GaAs FETGaAs FET）為1

6、.0。若瞬態(tài)分析不要求從靜態(tài)工作點開始，就可規(guī)定ICVDS,VGS為初始條件。第29頁/共96頁第二十九頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（數(shù)字器件）第30頁/共96頁第三十頁，共97頁。+ GOTO UNTIL LE + INCR BY + DECR BY 元件描述(mio sh)(mio sh)（數(shù)字激勵源）第31頁/共96頁第三十一頁，共97頁。元件描述(mio sh)(mio sh)（獨立電壓源）第32頁/共96頁第三十二頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（獨立電流源）第33頁/共96頁第三十三頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描

7、述（指數(shù)源） TFC下降時間(shjin)常數(shù)V1V1V2V2TRCTRCTRDTRDTFDTFDTFCTFCt tV(V)V(V)第34頁/共96頁第三十四頁，共97頁。元件描述(mio sh)(mio sh)（脈沖源）V1V1V2V2TRTRTDTDTFTFt tV(V)V(V)PERPERPWPW第35頁/共96頁第三十五頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（分段線性源）V(V)V(V)T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5T6T6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6V6t t第36頁/共96頁第三十六頁，共97頁。元件描述(mio sh)(mio sh)（單

8、頻調(diào)頻源）第37頁/共96頁第三十七頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（正弦源）第38頁/共96頁第三十八頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（多項式源）+ P17B2 C+ P18 BC2 + P19C3 + P20A4 + .第39頁/共96頁第三十九頁，共97頁。元件(yunjin)(yunjin)描述（線性受控電壓源） 其中N+和N-分別(fnbi)是電壓源的正負(fù)節(jié)點，NC+和NC-分別(fnbi)是控制電壓源的正負(fù)節(jié)點。VN為控制電流流過的電壓源第40頁/共96頁第四十頁，共97頁。元件描述(mio sh)(mio sh)（線性受控電流源）NC-

9、分別是控制電壓源的正負(fù)節(jié)點, VN為控制電流流過的電壓源第41頁/共96頁第四十一頁，共97頁。元件描述(mio sh)(mio sh)（非線性受控電壓源）第42頁/共96頁第四十二頁，共97頁。元件描述(mio sh)(mio sh)（非線性受控電流源）第43頁/共96頁第四十三頁，共97頁。模型描述(mio sh)語句第44頁/共96頁第四十四頁，共97頁。模型類別(libi)總結(jié)第45頁/共96頁第四十五頁，共97頁。模型類別(libi)總結(jié)第46頁/共96頁第四十六頁，共97頁。子電路(dinl)描述語句第47頁/共96頁第四十七頁，共97頁。子電路(dinl)調(diào)用第48頁/共96頁第

10、四十八頁，共97頁。庫文件調(diào)用(dioyng)語句第49頁/共96頁第四十九頁，共97頁。第四部分(b fen)第50頁/共96頁第五十頁，共97頁。直流工作(gngzu)點分析第51頁/共96頁第五十一頁，共97頁。直流掃描(somio)分析第52頁/共96頁第五十二頁，共97頁。直流小信號(xnho)靈敏度分析第53頁/共96頁第五十三頁，共97頁。小信號(xnho)傳輸函數(shù)第54頁/共96頁第五十四頁，共97頁。交流特性(txng)分析第55頁/共96頁第五十五頁，共97頁。噪聲(zoshng)分析第56頁/共96頁第五十六頁，共97頁。瞬態(tài)分析(fnx)第57頁/共96頁第五十七頁，共

11、97頁。付里葉分析(fnx)1/F，就是說，瞬態(tài)分橋至少要持續(xù)1FREQ第58頁/共96頁第五十八頁，共97頁。溫度(wnd)特性分析第59頁/共96頁第五十九頁，共97頁。節(jié)點設(shè)置(shzh)語句第60頁/共96頁第六十頁，共97頁。初始條件設(shè)定(sh dn)語句第61頁/共96頁第六十一頁，共97頁。蒙特卡羅分析(fnx)第62頁/共96頁第六十二頁，共97頁。靈敏度/最壞情況(qngkung)分析 語句(yj)格式： .WCASE (analysis) (output variable) 例：.WCASE TRAN V(10) YMX .WCASE DC IC(Q6) YMAX VARY

12、 DEV .WASE AC VP(5，0) YMAX DEVICE RQ OUTPUT ALL .WCASE 語句(yj)中的前三項(analysis) (output variable) 均與.MC語甸中的含意一樣,是任選項， 可沒有，也可選下列幾種： ?.WASE 語句是對電路進行靈敏度和最壞情況分析。該語句是在參數(shù)變化時，對所選的分析多次運行,與.MC不同的是.WCASE每次運行只改變一個器件參數(shù)，而monte carlo統(tǒng)計分析是參數(shù)按指定的統(tǒng)計規(guī)律同時隨機的變化。由于.WCASE每次運行時可求出每個參數(shù)對輸出變量(波形)的靈敏度，在所有的靈敏度都得到后，在最后一次運行中使各個參數(shù)同時

13、按容差范圍內(nèi)各自的最大變化量改變，這樣就進行了最壞情況分析了。如果器件參數(shù)有5個， .WCASE 開始(kish)按參數(shù)的標(biāo)稱值進行第一次分析，然后由各自容差分別改變一個參數(shù)共運行5次，最后進行最壞情況分析，所以.WCASE 共進行參數(shù)變量加二次等于7次分析。第63頁/共96頁第六十三頁，共97頁。分布參數(shù)(cnsh)定義語句第64頁/共96頁第六十四頁，共97頁。函數(shù)(hnsh)定義語句 (body)為函數(shù)體，可以(ky)利用前面已定義過的函數(shù)第65頁/共96頁第六十五頁，共97頁。包括文件(wnjin)語句第66頁/共96頁第六十六頁，共97頁。參數(shù)(cnsh)及表達式定義語句它參數(shù)不能在

14、表達式中。(name) 名不能與程序中予定義的參數(shù)、予定義函數(shù)或命令同名第67頁/共96頁第六十七頁，共97頁。參數(shù)(cnsh)分析語句第68頁/共96頁第六十八頁，共97頁。結(jié)果輸出(shch)語句第69頁/共96頁第六十九頁，共97頁。輸出(shch)變量第70頁/共96頁第七十頁，共97頁。交流(jioli)分析中的輸出變量第71頁/共96頁第七十一頁，共97頁。噪聲分析中的輸出(shch)變量第72頁/共96頁第七十二頁，共97頁。第五(d w)部分第73頁/共96頁第七十三頁，共97頁。浮動(fdng)節(jié)點第74頁/共96頁第七十四頁，共97頁。少于兩個連接(linji)的節(jié)點第75

15、頁/共96頁第七十五頁，共97頁。電壓源和有感(yu n)回路第76頁/共96頁第七十六頁，共97頁。直流分析(fnx)不收斂使用OFF項在直流計算時，可關(guān)斷所有對直流計算是截止的半導(dǎo)體器件。偏置點首先是假定被設(shè)定(sh dn)的器件都是在截止時得到的，收斂后再允許這些器件中有電流通過，以使它們的端電壓與實際相符，處于正常工作，然后繼續(xù)迭代至收斂。因此ONOFF項不影響偏置點的最終解，只影響對初始迭代的估計。所以，這種方法對非線性工作區(qū)是最有效。使用.NODESET語句 .NODESET 語句是節(jié)點電壓設(shè)置語句，用它可以對電路中某些節(jié)點設(shè)置初始電壓。在直流分析時將對予置節(jié)點接上設(shè)定的電壓源，進

16、行迭代直至收斂，再將這些電壓源去掉繼續(xù)迭代直至收斂到最終解。因此該語句僅起幫助收斂的作用并不影響直流偏置點的最終解。 放寬分析精確度收斂的最終判據(jù)是用相對誤差和絕對誤差來表示的，這些誤差直接反映了分析的精度。如果放寬了分析的精度也就放寬了收斂的條件。如果設(shè)置RELTOL0.02，ABSTOL10-10，VNTOL=10-4,且把ITL1設(shè)為300，這就比用它們的缺省值都大，即放寬了收斂條件，如果這時收斂了，就記下非線性元件控制節(jié)點的直流電壓值，并把這些節(jié)點的電壓用.NODESET語句設(shè)定記下的節(jié)點直流電壓值，然后恢復(fù)上述任選項的值，即提高分析精度，再運行一次，看是否收斂。使用UIC開關(guān) 在以上

17、方法都不能使直流偏置點收斂時，使用開關(guān)UIC可作為最后的償試。該法獲得正確結(jié)果的可能性約98。這種方法是在不用直流(DC)和交流(AC)分析時只進行瞬態(tài)分析，并用獲得的穩(wěn)態(tài)輸出值作為給節(jié)點進行電壓值設(shè)定，再按要求，重新進行所需的分析。 具體步驟如下：1、如果在輸入文件中有.OP和.AC語句，則去掉這些語句，只進行瞬態(tài)分析。去掉所有脈沖，指數(shù)或正弦輸入源。 2、設(shè)置合理的模擬時間。 3、使用.TRAN語句中的UIC開關(guān)，這將允許在沒有求解靜態(tài)工作點的情況下就進行瞬態(tài)計算。 4、對電路的輸入文件中的每一個非線性控制節(jié)點添加觀察項5、運行該分析。6、從輸出曲線圖中每一節(jié)點的輸出波形取值。將這些電壓值

18、作為節(jié)點設(shè)置來決定每個非線性控制節(jié)點的初始電壓。7、重新加上所需要的獨立電源、.OP和.AC語句。8、.TRAN語句中去掉UIC開關(guān),再開始分析。第77頁/共96頁第七十七頁，共97頁。直流掃描和轉(zhuǎn)移分析(fnx)不收斂第78頁/共96頁第七十八頁，共97頁。瞬態(tài)分析(fnx)不收斂第79頁/共96頁第七十九頁，共97頁。第六部分(b fen)第80頁/共96頁第八十頁，共97頁。元器件模型(mxng)（電阻）第81頁/共96頁第八十一頁，共97頁。元器件模型(mxng)（電容）第82頁/共96頁第八十二頁，共97頁。元器件模型(mxng)（電感）第83頁/共96頁第八十三頁，共97頁。元器件

19、模型(mxng)（互感）磁疇壁約束常數(shù)K缺省值為500第84頁/共96頁第八十四頁，共97頁。元器件模型(mxng)（壓控開關(guān)）i2=4kT/RS第85頁/共96頁第八十五頁，共97頁。元器件模型(mxng)（流控開關(guān)）第86頁/共96頁第八十六頁，共97頁。元器件模型(mxng)（二極管）第87頁/共96頁第八十七頁，共97頁。 為了模擬(mn)晶體管中的電荷存貯效應(yīng)采用電容模型來模擬(mn)。晶體管中的存貯電荷一部分是由PN結(jié)的空間電荷區(qū)存貯的，并用結(jié)勢壘電容來表示，另一部分是由于注入的少數(shù)載流子引起的，這部分電荷用注入的載流子電荷或擴散電容來表示。其中B-E結(jié)電容為： Cbe = B-E

20、結(jié)電容= Ctbe + areaCjbeCtbe = 擴散電容 = tfGbetf = 有效度越時間 = TF(1+XTF(Ibe1/(Ibe1+areaITF)2eVbc/(1.44VTF)Gbe = B-E直流電導(dǎo) = (dIbe)/(dVb)Ibe = Ibe1 + Ibe2Cjbe = CJE(1-Vbe/VJE)-MJE Vbe FCVJE B-C結(jié)電容為：元器件模型(mxng)（三極管） 考慮晶體管的準(zhǔn)飽和效應(yīng)，在本征集電極和集電極串聯(lián)電阻之間加入了一個新的節(jié)點，并加上了受控電流源，二個受控電容分別用Qw和Qo，表示。如果模型參數(shù)RCO0，則準(zhǔn)飽和效應(yīng)就考慮.Iepi = area

21、(VO(Vt(K(Vbc)-K(Vbn)-ln(1+K(Vbc)/(1+K(Vbn)+Vbc-Vbn)/RCO(|Vbc-Vbn|+VO)Qo = areaQCO( K(Vbc)-1-GAMMA/2 )Qw = areaQCO( K(Vbn)-1-GAMMA/2 )K(v) = (1+GAMMAe(v/Vt)1/2第88頁/共96頁第八十八頁，共97頁。元器件模型(mxng)（JFET）在模型參數(shù)中，直流特性由下列參數(shù)確定。VTO和BETA決定漏電流隨柵壓的變化，LAMBDA決定輸出電導(dǎo)，IS是兩個柵結(jié)的飽和電流。模型中還包括兩個歐姆電阻RD和RS。電荷貯存效應(yīng)由兩個柵結(jié)的非線性耗盡(ho j

22、n)層電容模擬，該電容隨結(jié)電壓的-1/2冪變化并由零偏壓時CGS、CGD和結(jié)電勢PB所決定。 當(dāng)VTO0，表明是耗盡(ho jn)型JFET，不論是N溝還是P溝，VTO0，表明器件是增強型JFET。直流模型Ig = 柵極電流 = area(Igs + Igd)Igs =柵源結(jié)的泄漏電流= In + IrKgIn = PN結(jié)傳輸電流 = IS(e Vgs/(NVt)-1)Ir = 復(fù)合電流 = ISR(e Vgs/(NRVt)-1)Kg = 產(chǎn)生(chnshng)因子 = (1-Vgs/PB)2+0.005)M/2Igd =柵漏結(jié)的泄漏電流= In + IrKg + IiIn = PN結(jié)傳輸電流

23、 = IS(e Vgd/(NVt)-1)Ir =復(fù)合電流 = ISR(e Vgd/(NRVt)-1)Kg =產(chǎn)生(chnshng)因子 = (1-Vgd/PB)2+0.005)M/2Ii = 碰撞電流Ii = IdrainALPHAvdife-VK/vdif 0 Vgs-VTO 0：Idrain = 0Vgs-VTO 0Idrain = BETA(1+LAMBDAVds)Vds(2(Vgs-VTO)-Vds) Vds Vgs-VTOIdrain = BETA(1+LAMBDAVds)(Vgs-VTO)2 0 Vgs-VTO VdsVds 0：僅需將上面公式中所有的源和漏對調(diào)一下即可。柵源PN結(jié)

24、耗盡層電容Cgs = areaCGS(1-Vgs/PB)-M Vgs FCPB柵漏PN結(jié)耗盡層電容Cgd = areaCGD(1-Vgd/PB)-M Vgd FCPB第89頁/共96頁第八十九頁，共97頁。宏模型(mxng)構(gòu)造方法 電路元件靈敏度比較法針對電路特性求出組成(z chn)該電路所有元件的靈敏度，而后去掉靈敏度較低的元件，由剩下的元件組成(z chn)的電路，就構(gòu)成原電路的簡化宏模型。 電路元件短路、開路法這種方法是保證電路性能在不偏離給定范圍的前提下將原電路中元件短路或開路，達到簡化目的。該方法的具體做法如下：1、選定原電路中的某一元件，將其開路，計算出響應(yīng)；再將其短路，也計算出響應(yīng)。若其響應(yīng)超過容許的偏離，則說明這個元件不能首先開路或短路。若其響應(yīng)不超過容許范圍，則將其偏離記錄下來。2、對電路中每個元件都按上述方法進行(jnxng)計算。3、對所有元件開路和短路所造成的電路響應(yīng)的偏離進行(jnxng)比較，取其最小者，作為第一個被開路或短路的元件。4、將選出的第一個元件開路或短路后，再重復(fù)上述步驟，決定第二個，第三個能夠開路或短路的元件。直到再