HSPICE_使用流程資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。HSPICE_使用流程-HSPICE使用流程HPICE軟件主要用于模擬電路的仿真。模擬電路仿真工具是以電路理論、數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的，由于模擬電路在性能上的復(fù)雜性和電路結(jié)構(gòu)上的多樣性，對仿真工具的精度、可靠性、收斂性以及速度等都有相當(dāng)高的要求。HSPICE程序由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路仿真，又有工作站版和微機(jī)版本，在國內(nèi)外的用戶十分廣泛。一、HSPICE可模擬的內(nèi)容直流分析：包括非線性電路的直流分析電路的直流工作點(diǎn)：分析時(shí)電路中的電感全部短路，電容全部開路，得到電路的每一節(jié)點(diǎn)的電流和

2、電壓（相對參考點(diǎn)）值。直流小信號傳輸值：傳輸函數(shù)的直流小信號值為直流小信號工作下的輸出變量和輸入變量之比值，包括電路的輸入電阻和輸出電阻。直流轉(zhuǎn)移曲線：HSPICE可在用戶指定的范圍內(nèi)，逐步改變指定的獨(dú)立電壓或電流源，對每一個(gè)電源值的變化，都得到儲存的輸出變量。靈敏度分析：求出指定輸出變量對于電路參數(shù)（包括電路中所有的元件，器件參數(shù)，直流電源的輸入電平）的直流小信號靈敏度。交流小信號分析：將交流輸出變量作為頻率的函數(shù)計(jì)算出來。先計(jì)算電路的直流工作點(diǎn)，決定電路中所有非線性器件的線性化小信號模型參數(shù)，然后在用戶所指定的頻率范圍內(nèi)對該線性化電路進(jìn)行分析。頻域分析：在用戶規(guī)定的頻率范圍內(nèi)完成電路的交流

3、分析。噪聲分析：HSPICE可計(jì)算每個(gè)頻率點(diǎn)上總的輸出噪聲電平及其等效輸入噪聲電平。失真分析：計(jì)算電路交流小信號工作下電路的失真特性，分析時(shí)是在輸入端加有一個(gè)或兩個(gè)頻率的信號，在用戶給定的輸出負(fù)載電阻時(shí)，求出在該負(fù)載上的輸出失真功率。瞬態(tài)分析瞬態(tài)響應(yīng)：是從時(shí)間為零開始，到用戶規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行電路的瞬態(tài)特性分析。傅立葉分析：可以對輸出波形進(jìn)行傅立葉分析，得到在用戶指定的基頻及時(shí)間間隔范圍的傅立葉系數(shù)。電路的溫度特性分析：HSPICE在用戶未說明時(shí)，是在27的標(biāo)稱溫度下進(jìn)行各種模擬的。當(dāng)用戶指定電路在什么溫度下工作時(shí)，HSPICE也能進(jìn)行不同溫度下的電路特性分析，在溫度低于-273時(shí)不予模擬。

4、二、HSPICE程序可輸入的元器件和電源元件：包括電阻、電容、電感、耦合互感、無損耗傳輸線及開關(guān)等。半導(dǎo)體器件：結(jié)型二極管、雙極型晶體管、結(jié)型場效應(yīng)管、MOS場效應(yīng)管及MESFET等。電源：獨(dú)立電流源、獨(dú)立電壓源、線性電壓控制電流源、線性電壓控制電壓源、線性電流控制電流源、線性電流控制電壓源以及相應(yīng)的非線性受控源。其中獨(dú)立源除直流源外還有脈沖源、交流正弦源、分段線性源、調(diào)幅信號源、調(diào)頻信號源等。子電路：HSPICE允許用戶用定義器件模型相似的形式自行定義一組元器件作為子電路。子電路的大小沒有限制，子電路可以嵌套子電路，使用戶在模擬含有較多重復(fù)單元電路的較大規(guī)模電路時(shí)更為方便。三、HPICE軟件

5、的運(yùn)行HSPICE可以以命令行方式方式啟動，類似于DOS命令交互方式，較繁瑣。我們目前采用的是Windows標(biāo)準(zhǔn)輸入界面，使用標(biāo)準(zhǔn)輸入文件。操作步驟為：啟動Hspui.exe，出現(xiàn)Star-HspiceLauncher。在Star-HspiceLauncher下，按Browse，選取網(wǎng)表輸入文件（*.sp），然后按確定。在Star-HspiceLauncher下，按Simulate，就會自動彈出Hspice窗口，并對電路進(jìn)行模擬。模擬結(jié)束后，Hspice窗口關(guān)閉。在Star-HspiceLauncher下，按Avanwaves，查看輸出波形?？梢杂糜浭卤緛聿榭摧敵鑫臋n（*.list）。四、電路

6、模擬過程用HSPICE進(jìn)行電路分析時(shí)，各個(gè)程序模塊之間的關(guān)系和設(shè)計(jì)流程見圖1：圖1程序設(shè)計(jì)流程圖電路的模擬過程描述如下：逆向設(shè)計(jì)的步驟是一開始便進(jìn)入了電路原理圖的輸入。原理圖是根據(jù)逆向提取的結(jié)果輸入。原理圖Schematics文件輸入完畢并檢查Check通過后，將原理圖轉(zhuǎn)換成網(wǎng)單文件。我們首先要選擇合適的工藝，并調(diào)用該工藝所提供的庫文件。該庫文件中應(yīng)包含用該工藝制得的三極管的各個(gè)參數(shù)值，如單位漏電流，基區(qū)方塊電阻，值等(詳見HSPICE使用手冊)。有源器件，如三極管，它們的尺寸是根據(jù)工藝的最小尺寸及電路的指標(biāo)要求來設(shè)定的，如發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的面積，網(wǎng)單文件中的各個(gè)管子后面area、area

7、b和areac分別標(biāo)明其面積因子。這樣，在模擬時(shí)，Hspice便會自動根據(jù)庫文件和尺寸計(jì)算出具體各管子的參數(shù)。電阻、電容值等參數(shù)的確定則先測量它們的尺寸，然后根據(jù)所選工藝的方塊電阻和面電容的值計(jì)算得出。將網(wǎng)單文件和參數(shù)生成完畢以后，我們還要輸入激勵(lì)源和分析語句。輸入信號根據(jù)實(shí)際情況用調(diào)用相應(yīng)的信號。按各個(gè)功能塊模擬時(shí)，前一級的輸出作為后一級的輸入。分析語句則根據(jù)不同的需要選用。當(dāng)我們需要知道電路每一節(jié)點(diǎn)的電流和電壓時(shí)，選用靜態(tài)工作點(diǎn)分析.op語句；如果需要了解在指定范圍內(nèi)，輸出變量值隨某個(gè)指定的獨(dú)立源變化的規(guī)律，選用.dc語句；如要知道某個(gè)電路的幅頻特性和相頻特性，選用交流小信號分析語句.ac

8、；在要查看在指定的時(shí)間間隔內(nèi)，輸出波形的變化函數(shù)關(guān)系，選用瞬態(tài)分析語句.tran。還有其它語句，如噪聲分析語句.noise、頻域分析.four、和小信號傳輸函數(shù)分析.tf、小信號靈敏度分析.sens等，也能反映出電路性能的好壞。Hspice具有很強(qiáng)的查錯(cuò)功能，可對輸入的電路描述語句進(jìn)行語法檢查，以及電路連接關(guān)系的拓?fù)錂z查。一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，將輸出出錯(cuò)信息并停止程序的運(yùn)行，這時(shí)應(yīng)先檢查.lis文件中是否由出錯(cuò)信息。五、HSPICE的基本語法1概述1.1文件命名Star-Hspice的輸入文件類型和標(biāo)準(zhǔn)命名列出如下：輸入文件類型文件名輸出配置文件meta.cfg初始化文件hspice.ini直流工作點(diǎn)

9、初始狀態(tài)文件.ic輸入網(wǎng)表文件.sp庫輸入文件模擬轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)文件.d2a1.2輸入網(wǎng)表文件（.sp）Star-Hspice讀入一個(gè)輸入網(wǎng)表文件，并將模擬結(jié)果存在一個(gè)輸出列表文件或圖形數(shù)據(jù)文件中。輸入文件包含以下內(nèi)容：電路網(wǎng)表（子電路和宏、電源等）聲明所要使用的庫（可選）說明要進(jìn)行的分析（可選）說明所要求的輸出（可選）輸入網(wǎng)表文件和庫文件可以由原理圖的網(wǎng)表生成器或文本編輯器產(chǎn)生。輸入網(wǎng)表文件中的第一行必須是標(biāo)題行，并且.ALTER輔助模型只能出現(xiàn)在文件最后的.END語句之前，除此之外，其它語句可以按任意順序排列。注意：如果輸入文件的最后沒有.END語句，將會產(chǎn)生錯(cuò)誤信息。1.2.1輸入行格式輸入網(wǎng)

10、表文件不能為壓縮格式。輸入文件名的長度、語句長度以及等式長度不超過256個(gè)字符。除了被引用的文件名以外，不區(qū)分所有大小寫。一行輸不完轉(zhuǎn)到下一行時(shí)，下一行的第一個(gè)非數(shù)字、非空格的字符必須為“+”。注釋（“*”和“$”符號后的內(nèi)容視為注釋）當(dāng)輸入文件中出現(xiàn)了特殊的控制字符時(shí)會產(chǎn)生錯(cuò)誤。由于大多數(shù)系統(tǒng)無法打印特殊字符，錯(cuò)誤信息就會因?yàn)殄e(cuò)誤字符無法顯示而不明確。可以采用.OPTIONSBADCHAR語句來定位這些錯(cuò)誤。1.2.2名稱名稱必須以字母打頭，然后可以跟上數(shù)字和下列字符：!#$%*+-/_定界符優(yōu)于名稱，并緊跟名稱之后。名稱可以長達(dá)1024個(gè)字符。名稱不區(qū)分大小寫。1.2.3定界符輸入定界符有

11、：tab、空格、逗號、等號和小括號一次和二次引用定界表達(dá)式和文件名元素的屬性用冒號來定界（如“M1:beta”）用句點(diǎn)來表示隸屬定界，如“X1.A1.V”表示電路X1的A1子電路的V結(jié)點(diǎn)1.2.4結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)標(biāo)識可以長達(dá)1024個(gè)字符（包括句號和延展部分）結(jié)點(diǎn)數(shù)字開頭的0被忽略跟在以數(shù)字開頭的結(jié)點(diǎn)編號后的字母被忽略。如，結(jié)點(diǎn)1A等同結(jié)點(diǎn)1結(jié)點(diǎn)名可以由以下任何字符打頭：#_!%結(jié)點(diǎn)可以用.GLOBAL語句聲明為全局的結(jié)點(diǎn)0、GND、GND！和GROUND均指的是Star-Hspice全局的地。2.元件輸入的一般格式2.1基本元件（R、L、C等）輸入語句NAMEnode1,node2.nodeNval

12、ue其中，NAME定義元件的類型及名稱。第一個(gè)字母用于指定元件的類型，例如：C表示電容、L表示電感、R表示電阻，剩下的字母則是給這個(gè)元件起的名字。node1.nodeN指明元件在電路中的連接情況value指明元件的標(biāo)稱值。比如：C12010uF，表明在結(jié)點(diǎn)2和地之間接入一個(gè)10uF的電容C1。當(dāng)基本元件參數(shù)不能充分描述時(shí)，調(diào)用相應(yīng)的模型來描述。參數(shù)列表2.2二極管輸入語句Dxxxnplusnminusmname+或Dxxxnplusnminusmnamearea_val+或Dxxxnplusnminusmname+2.3BJT輸入語句Qxxxncnbnemname+或Qxxxncnbnemna

13、me+2.4MOS器件的輸入Mxxxndngnsmname+orMxxxndngnsmnamelvalwvalor.OPTIONWLMxxxndngnsmnamewvallval3模型語句.MODELmnametype其中，mname所定義的模型名。注意：模型名稱中如果含有點(diǎn)（.）可能會導(dǎo)致某些情況下模型自動選擇的失敗。type選擇模型類型。為以下類型之一：AMPoperationalamplifiermodelCcapacitormodelCOREmagneticcoremodelDdiodemodelLmagneticcoremutualinductormodelNJFn-channelJ

14、FETmodelNMOSn-channelMOSFETmodelNPNnpnBJTmodelOPToptimizationmodelPJFp-channelJFETmodelPLOThardcopyplotmodelforthe.GRAPHstatementPMOSp-channelMOSFETmodelPNPpnpBJTmodelRresistormodelpname1.參數(shù)名稱。參數(shù)名稱和模型要匹配，可以多行輸入，新起行的第一個(gè)字符必須為“+”。VERSION版本號。用于識別不同版本所允許的BSIM和BSIM2的模型。（略）4元件庫的選擇輸入分立器件庫（DDL）是Star-Hspice的分

15、立器件模型的集合，由BJT、MESFET、JFET、MOSFET和二極管模型組成?？梢圆捎肵子電路調(diào)用語句和DDL元件調(diào)用，將DDL庫中的元件包含進(jìn)來。DDL元件語句調(diào)用實(shí)際DDL庫文件中的模型名。例如，下面的語句建立了一個(gè)lN4004二極管模型的實(shí)例：X121DlN4004其中，DlN4004是模型名。Star-Hspice有如下幾種方式調(diào)用DDL模型庫：系統(tǒng)在安裝時(shí)的缺省設(shè)置。當(dāng)輸入語句中用到某個(gè)模型或者子電路時(shí)，系統(tǒng)自動在DDLPATH環(huán)境變量所指向的路徑中搜索和模型名同名的文件，其后綴為.inc。DDLPATH變量設(shè)置在meta.cfg配置文件中。在輸入文件中用.OPTIONSSEAR

16、CH=”設(shè)置搜索路徑。直接用.INCLUDE語句將特定模型包含進(jìn)來。如.INCLUDE/T2N2211.inc可以用.LIB語句將常用的命令、器件模型、子電路分析等放入到庫文件中。（暫時(shí)略）5電壓/電流源語句5.1獨(dú)立電壓/電流源某些類型的分析只能使用與之相關(guān)聯(lián)的電壓/電流源語句。例如，如果在同一獨(dú)立源語句中定義了DC和AC源，則在進(jìn)行DC分析時(shí)，AC源被將移出電路。Vxxxn+n-dcvalAC=acmag,或者Iyyyn+n-dcvalAC=acmag,其中，Vxxx獨(dú)立電壓源的名稱。必須以“V”打頭，后面可以跟1023個(gè)字母數(shù)字字符。Iyyy獨(dú)立電流源的名稱。必須以“I”打頭，后面可以跟

17、1023個(gè)字母數(shù)字字符。n+正結(jié)點(diǎn)n-負(fù)結(jié)點(diǎn)DC設(shè)置DC電壓/電流源的值，dcval為設(shè)置的值?！皌ranfun”在零時(shí)刻的值將覆蓋DC值（缺省為0.0）。tranfun電壓/電流源的輸出函數(shù)（AC,ACI,AM,DC,EXP,PE,PL,PU,PULSE,+PWL,R,RD,SFFM,SIN）AC表示該電壓/電流源用于AC小信號分析acmagAC幅度acphaseAC相位（缺省為0.0）M用于模擬多個(gè)并聯(lián)的電流源的倍乘因子。電流值與M相乘為總電流（缺省為1.0）。例子VX105VVB20DC=VCCVH36DC=2AC=1,90IG87PL(1MA0S5MA25MS)VCC100VCCPWL

18、0010NSVCC15NSVCC20NS0VIN1320.001AC1SIN(011MEG)ISRC2321AC0.33345.0SFFM(0110K51K)VMEAS1295.1.1DC電壓/電流源可以采用不同的方式定義DC電壓或者電流源：V110DC=5VV1105VI110DC=5mAI1105mA前兩個(gè)例子在結(jié)點(diǎn)1和地之間定義了一個(gè)5V的DC電壓源。第三和第四個(gè)例子在結(jié)點(diǎn)1和地之間定義了一個(gè)5mA的DC電流源，電流流向?yàn)閺慕Y(jié)點(diǎn)1流向地。5.1.2AC電壓/電流源用AC關(guān)鍵詞來定義AC電壓/電流源的幅度和相位。V110AC=10V,90VIN10AC10V90上面兩個(gè)例子定義了一個(gè)幅度為

19、10V、相位為90度的AC電壓源。進(jìn)行AC分析時(shí)的頻率掃描范圍在.AC分析語句中給出。AC分析給出電路的脈沖響應(yīng)。5.1.3瞬態(tài)電壓/電流源對于瞬態(tài)分析，可以將電源定義成時(shí)間的函數(shù)?？梢圆捎玫暮瘮?shù)有：脈沖、指數(shù)、阻尼正弦、單頻FM以及分段線性函數(shù)。5.1.4混合電壓/電流源混合電源的定義是為了進(jìn)行多種類型的分析。例如，可以在定義DC電源時(shí)，在相同結(jié)點(diǎn)間同時(shí)定義AC和瞬態(tài)電源。在這種情況下，當(dāng)進(jìn)行特定的分析時(shí)，Star-Hspice會選擇相應(yīng)的DC,AC或者瞬態(tài)電源。有一個(gè)特例是零時(shí)間常數(shù)的瞬態(tài)電源，它將覆蓋DC值，并被用來計(jì)算所有分析的工作點(diǎn)。VIN1320.5AC1SIN(011MEG)上面

20、的例子在結(jié)點(diǎn)13和2之間同時(shí)定義了一個(gè)0.5V的DC電壓源、一個(gè)1V的AC電壓源和一個(gè)阻尼正弦電壓源。當(dāng)進(jìn)行DC分析時(shí)，程序?qū)ζ渌鼉蓚€(gè)電壓源采用零電壓值。5.2獨(dú)立電壓/電流源函數(shù)Star-Hspice提供以下幾種電壓/電流源函數(shù)：Pulse（脈沖函數(shù)）Sinusoidal（正弦函數(shù)）Exponential（指數(shù)函數(shù)）Piecewiselinear（分段線性函數(shù)）Single-frequencyFM（單頻調(diào)頻函數(shù)）Single-frequencyAM（單頻調(diào)幅函數(shù)）5.2.1PULSE（脈沖函數(shù)）Star-Hspice采用梯型脈沖函數(shù)。在第一個(gè)上升斜坡前有一段瞬態(tài)模擬的初始過渡延遲，以后每個(gè)上

21、升斜坡內(nèi)，電壓或者電流從初始值到脈沖平頂值線性變化，過了脈沖平頂值后，電壓或者電流沿下降斜坡線性變化到初始值。整個(gè)脈沖再按某一周期重復(fù)變化。PULSEv1v2tdtrtfpw或者PUv1v2tdtrtfpw其中，v1電壓或者電流的初始值。v2脈沖平頂值。td從瞬態(tài)模擬開始到第一個(gè)上升斜坡開始前的延遲（單位為秒，缺省為0.0，并且當(dāng)設(shè)置td0.0時(shí)，同樣取td=0.0）tr從初始值到脈沖平頂值的上升斜坡的時(shí)間（缺省為TSTEP）tf從脈沖平頂值返回到初始值的下降斜坡時(shí)間（缺省為TSTEP）pw脈沖寬度（脈沖平頂部分的寬度）（缺省為TSTEP）per脈沖的重復(fù)時(shí)間（單位為秒，缺省為TSTEP）例子

22、：VIN30PULSE(-112NS2NS2NS50NS100NS)V1990PUlvhvtdlaytristfalltpwtper第一個(gè)例子在結(jié)點(diǎn)3和地之間定義了一個(gè)脈沖電壓源。脈沖的輸出高電壓為1V，輸出低電壓為-1V，初始延遲為2ns，上升和下降時(shí)間均為2ns，脈沖寬度為50ns，周期為100ns。第二個(gè)例子中所用到參數(shù)值應(yīng)該有相應(yīng)的.PARAM語句定義。脈沖時(shí)序表時(shí)刻電壓或電流值0v1tdv1td+trv2td+tr+pwv2td+tr+pw+tfv1tstopv15.2.2SIN（正弦函數(shù)）Star-Hspice采用阻尼正弦電壓/電流源，即電壓或電流值為一衰減指數(shù)因子與一正弦波的乘積

23、。使用時(shí)要求給出正弦波的頻率、指數(shù)衰變因子、初始相位以及波形的初始時(shí)刻（詳細(xì)見下面說明）。SINvovafreqtd其中，vo電壓或者電流的直流偏移量（單位為V或者A）va電壓或者電流的幅度（單位為V或者A）freq頻率（單位為Hz，缺省為1/TSTOP）td延遲時(shí)間（單位為秒，缺省為0.0）阻尼因子（單位為1/秒，缺省為0.0）初始相位（單位為度，缺省為0.0）輸出函數(shù)為：例子：VIN30SIN(01100MEG1NS1e10)這個(gè)例子在結(jié)點(diǎn)3和地之間定義了一個(gè)阻尼正弦電壓源。波形峰值為1V，直流偏移量為0V，頻率為100MHz，時(shí)間延遲為1ns，阻尼因子為1e10，初始相位為0。5.2.3EXP（指數(shù)函數(shù)）EXPv1v2td1t1td2其中，v1初始的電壓或者電流值（單位為V或A）v2電壓或者電流的脈沖值（單位為V或A）td1上升延遲時(shí)間（單位為秒，缺省為0.0）td2下降延遲時(shí)間（單位為秒，缺省為td1+TSTEP）t1上升時(shí)間常數(shù)（單位為秒，缺省為TSTEP）t2下降時(shí)間常數(shù)（單位為秒，缺