Hspice電路仿真教程課件

第五講Hspice電路仿真1精選2021版課件OutlineSpiceOverviewHspice網(wǎng)單文件電路網(wǎng)表模型卡控制卡瀏覽輸出波形兩個(gè)Hspice電路分析例子到網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂上下載Hspice手冊：Hspice.pdf2精選2021版課件SpiceOverviewCircuitsimulationbackgroud3精選2021版課件SpiceOverviewSPICE:SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasisDevelopedbyUCBerkeleyNumericalApproachtoCircuitSimulationCircuitNode/ConnectionsDefineaMatrixMustRelyonSub-ModelsforBehaviorofVariousCircuitElementsSimple(e.g.Resistor)Complex(e.g.MOSFET)4精選2021版課件SpiceOverviewCircuitAnalysistoolforSimulationofElectricalCircuitsinSteady-State,Transient,andFrequencyDomains.Spicetoolsavailable:SBTSPICE,HSPICE,Spectre,TSPICE,Pspice,Smartspice...MostoftheSPICEtoolsareoriginatedfromBerkeley’sSPICEprogram,thereforesupportcommonoriginalSPICEsyntaxBasicalgorithmschemeofSPICEtoolsaresimilar,howeverthecontroloftimestep,equationsolverandconvergencecontrolmightbedifferent.5精選2021版課件SpiceOverviewSPICESimulationAlgorithm-DC6精選2021版課件SpiceOverviewSPICESimulationAlgorithm-Transient7精選2021版課件SpiceOverview在用Spice進(jìn)行電路仿真之前，應(yīng)：了解元件的基本特性熟悉所設(shè)計(jì)的電路功能了解需要驗(yàn)證的電路指標(biāo)和對應(yīng)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(xiàng)指標(biāo)的相依性及優(yōu)先度了解電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)與各項(xiàng)電路特性的相關(guān)性，以便于模擬結(jié)果的改進(jìn)8精選2021版課件Hspice的流程后處理SchematicNetlisterHSPICENetlistHSPICESimulationAnalysisWaveDataParameterChangesMetaLibCDFSymbolLibrary前端功能反標(biāo)注9精選2021版課件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(shù)）溫度特性分析噪聲分析傅立葉分析MonteCarlo,最壞情況，參數(shù)掃描，數(shù)據(jù)表掃描功耗、各種電路參數(shù)（如H參數(shù)、T參數(shù)、s參數(shù)）等可擴(kuò)展的性能分析10精選2021版課件Hspice的樣子Hspice是一個(gè)在cmdshell窗口中運(yùn)行的程序，無圖形化界面；Hspice的輸入網(wǎng)單文件是一個(gè)有特定格式的純文本文件——可在任意的文本編輯工具中編輯；Hspice的輸出也是一系列純文本文件，根據(jù)不同分析要求，輸出不同擴(kuò)展名的文件。如：.lis.mt0.dat.smt等。11精選2021版課件Hspice的樣子HSPICE的運(yùn)行：在運(yùn)行HSPICE之前，應(yīng)該首先登錄到SUN工作站上，并確保你的使用HSPICE的權(quán)限和環(huán)境變量已設(shè)好。打開一個(gè)“終端”窗口，然后進(jìn)入到你的工作目錄下。輸入行命令運(yùn)行。hspice有兩種工作模式：提示行模式和非提示行模式12精選2021版課件兩種工作模式——提示行模式

鍵入hspice,然后回車；系統(tǒng)會提示你輸入一些參數(shù)，比如

Enterinputfilename:此時(shí)輸入你的HSPICE網(wǎng)表文件，缺省的擴(kuò)展名為.sp

Enteroutputfilenameordirectory:[<filename.lis>]缺省值為輸入HSPICE網(wǎng)表文件名加上.lis擴(kuò)展名。但.sp和.lis并不是必須。除此之外，還有一些參數(shù)（這些參數(shù)的隱含值一般不需要更改），直接回車即可。等你按照系統(tǒng)的提示確定所有的參數(shù)后，HSPICE就開始運(yùn)行。13精選2021版課件一般情況下的輸入舉例如下：hspicedemo.sp或者h(yuǎn)spicedemo.sp=>demo.lis兩種工作模式——非提示行模式14精選2021版課件Hspice的輸入——網(wǎng)單文件文件結(jié)構(gòu)：.titleoptionsAnalysisstatement.print/.plot/.graph/.probeSources(IorV)netlist.lib.modellibraries.end輸入文件的標(biāo)題設(shè)置模擬的條件設(shè)置掃描變量、設(shè)置分析模式設(shè)置輸出結(jié)果的顯示方式設(shè)置輸入激勵(lì)電路網(wǎng)表元件庫元件模型描述結(jié)束語句15精選2021版課件Hspice的輸入——網(wǎng)單文件例(HspicenetlistfortheRCnetworkcircuit)：.titleASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.END16精選2021版課件Hspice的輸出輸出文件：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：觀察波形(post-processor),人機(jī)交互界面17精選2021版課件Hspice的輸入——網(wǎng)單文件.TITLE語句

.TITLE<stringofupto72characters>或者：<stringofupto72characters>

如果是第二種形式，字符串應(yīng)該是輸入文件的首行；如果一個(gè)HSPICE語句出現(xiàn)在文件的首行，則它將被認(rèn)為是標(biāo)題而不被執(zhí)行。.END語句形式：.END<comment>

在.END語句之后的文本將被當(dāng)作注釋而對模擬沒有影響。18精選2021版課件Hspice的輸入——網(wǎng)單文件網(wǎng)表：網(wǎng)表是描述電路元件和連接關(guān)系的部分，首先對電路的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，不同結(jié)點(diǎn)起不同的名字。再說明各個(gè)元件的引腳連接到哪個(gè)結(jié)點(diǎn)及元件的類型和模型。一般格式為：名稱器件的類型器件所連接的節(jié)點(diǎn)參數(shù)值例：……V11010AC1R1121KR2201KC120.001U……19精選2021版課件Hspice的輸入——網(wǎng)單文件輸入行格式

?輸入網(wǎng)表文件不能是壓縮格式；?文件名、語句、等式的長度不能超過256字符；?上標(biāo)和下標(biāo)將被忽略；?用加號（+）表示續(xù)行，此時(shí)加號應(yīng)該是新續(xù)之行的第一個(gè)非數(shù)字、非空格字符；?星號（*）和美圓符號（$）可以引出注釋行，但*必須是每行第一個(gè)字母，而$一般跟在一個(gè)語句后，并與語句有至少一個(gè)空格。20精選2021版課件Hspice的輸入——網(wǎng)單文件分隔符包括：tab鍵，空格，逗號，等號，括號元件的屬性由冒號分隔，例如M1:beta級別由句號指示，例如X1.A1.B表示電路X1的子電路A1的節(jié)點(diǎn)B常量M－毫，p－皮，n－納，u－微，MEG－兆,例如c11210pF；單位可以省略，例如c11210p21精選2021版課件電路網(wǎng)表元件名元件名以元件的關(guān)鍵字母開頭:電阻－R，電容-C……子電路的名字以“X”開頭元件名不超過16個(gè)字符節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)名長度不超過16個(gè)字符，可以包括句號和擴(kuò)展名開始的零將被忽略：節(jié)點(diǎn)名可以用下列符號開始：#_!%節(jié)點(diǎn)可以通過.GLOBAL語句定義成跨越所有子電路的全局節(jié)點(diǎn)：.GLOBALnode1node2node3…node1node2node3都是全局節(jié)點(diǎn)，例如電源和時(shí)鐘名節(jié)點(diǎn)0，GND,GND!,GROUND都指全局的地電位節(jié)點(diǎn)元件語句：器件的類型+名稱器件所連接的節(jié)點(diǎn)參數(shù)值22精選2021版課件電路網(wǎng)表無源器件：電阻：Rxxxn1n2<mname><R=>resistance<AC=val>電阻值可以是表達(dá)式。例：RterminputgndR=’sqrt(HERTZ)’Rxxx981AC=1e10直流電阻1歐姆，交流電阻為1e10歐姆23精選2021版課件電路網(wǎng)表無源器件：電容：一般形式：Cxxxn1n2<mname><C=>capacitance例，Cloaddriveroutput1.0e-6。24精選2021版課件電路網(wǎng)表無源器件：電感：一般形式：Lxxxn1n2<L=>inductance25精選2021版課件電路網(wǎng)表有源器件：二極管：Dxxxnplusnminusmname/params模型中的寄生電阻串聯(lián)在正極端。雙極型晶體管：Qxxxncnbne<ns>mnameJFET：Jxxxndngns<nb>mname26精選2021版課件電路網(wǎng)表有源器件：MOSFET:Mxxxndngns<nb>mname<params>Or Mxxxndngns<nb>mname<width><length><otheroptions...>下面是一個(gè)CMOS反相器網(wǎng)表：……Mnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=3uL=1.2u……27精選2021版課件電路網(wǎng)表子電路語句

子電路定義開始語句

.SUBCKTSUBNAM<node1node2…>

其中，SUBNAM為子電路名，node1…為子電路外部節(jié)點(diǎn)號，不能為零。子電路中的節(jié)點(diǎn)號（除接地點(diǎn)），器件名，模型的說明均是局部量，可以和外部的相同。例.SUBCKTOPAMP1234

28精選2021版課件電路網(wǎng)表子電路語句

子電路終止語句

.ENDS<SUBNAM>

若后有子電路名，表示該子電路定義結(jié)束；若沒有，表示所有子電路定義結(jié)束。 例.ENDSOPAMP

子電路調(diào)用語句

X*****<node1node2…>SUBNAM

例.Xopa1abccOPAMP29精選2021版課件子電路使用舉例下面是由前面舉例的CMOS反相器組成的三級反相器鏈網(wǎng)表：…….globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u .ENDSX1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX212 INVWN=1.2UWP=3U X32OUTINVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05V……30精選2021版課件電路網(wǎng)表激勵(lì)源：獨(dú)立源：電壓源－V，電流源－IVxxx/Ixxxn+n-<<DC=>dcval><AC=acmag,<acphase>>+<M=val>例，V110DC=5V 或 V1105V I110DC=5mA 或 I1105mA交流模式：V110AC=10V,90幅度為10v，相位為90度交直流模式：V1100.5vAC=10V,90直流分量是0.5vorVxxx/Iyyyn+n-<tranfun>+<M=val>tranfun：EXP,PULSE,PWL…。<M=val>表示并聯(lián)的電流源個(gè)數(shù)。31精選2021版課件電路網(wǎng)表激勵(lì)源：獨(dú)立源：脈沖形式：Vxxxn+n-PU<LSE><(>v1v2<td<tr<tf+<pw<per>>>>><)>V1值1V2值2td上升延遲時(shí)間tr上升時(shí)間tf下降時(shí)間pw脈沖寬度per周期32精選2021版課件脈沖形式舉例例：VPU30PULSE(125N5N5N20N50N)33精選2021版課件電路網(wǎng)表激勵(lì)源：獨(dú)立源：正弦形式：Vxxxn+n-SIN<(>vova<freq<td<q＋<φ>>>><)>v0失調(diào)值va幅度freq頻率td延遲時(shí)間q阻尼因子φ相位34精選2021版課件電路網(wǎng)表Time=0~tdvo+va·sin(2πφ/360）Time=td~瞬態(tài)分析的結(jié)束時(shí)間vo＋vaExp[-(Time-td)×θ]·Sin{2π·[freq(Time-td)+φ/360]}得到的波形：35精選2021版課件正弦形式舉例例：VIN30SIN(01100MEG1NS1e10)36精選2021版課件電路網(wǎng)表激勵(lì)源：獨(dú)立源：逐段線性形式：pwl<(>t1v1<t2v2t3v3…>+<R<=repeat>><TD=delay><)>

vi是ti時(shí)刻的值，repeat是開始重復(fù)的起始點(diǎn)；delay是延遲時(shí)間。指數(shù)形式：EXP<(>v1v2<td1<t1<td2<t2>>>><)>V1是初始值，v2是峰值，td1是上升延遲時(shí)間，t1是上升時(shí)間常數(shù)，t2是下降時(shí)間常數(shù)。37精選2021版課件38精選2021版課件完整的網(wǎng)表部分舉例前面反相器鏈的網(wǎng)表：…….SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u .ENDSX1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX21 2 INVWN=1.2UWP=3U X32 OUT INVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N)……39精選2021版課件模型卡

模型卡中列出了一系列元件的類型，并給出了各類型元器件的有關(guān)參數(shù)，對于不同類型的元件，參數(shù)的集合有不同的內(nèi)容。一個(gè)模型對應(yīng)于一類元件，不同的元件可以對應(yīng)同一模型，其中各元件間的參數(shù)值可能不同，但參數(shù)集是一樣的，一般值相同的參數(shù)的值在模型說明中給出。模型卡的語句是一條條.MODEL引導(dǎo)的模型說明語句。每個(gè)模型有一個(gè)名字。40精選2021版課件模型卡電阻模型：.MODEL模型名Rkeyword=valueNOISE，RX:熱噪聲參數(shù)，inr＝SQRT(NOISE·4KT/R),噪聲＝電容模型：.MODEL模型名Cparameter=value41精選2021版課件42精選2021版課件模型卡

有源器件的模型說明都有一個(gè)LEVEL參數(shù)，不同的LEVEL對應(yīng)不同的模型參數(shù)集。二極管模型：.MODEL模型名D<LEVEL=val><keyword=val>...電阻、電容、電流參數(shù)例：.MODELDD(CO=2PF,RS=1,IS=1P) .MODELDFOWLERD(LEVEL=2,TOX=100,JF=1E-10,EF=1E8) .MODELDGEOD(LEVEL=3,JS=1E-4,JSW=1E-8).modelnd+level=1js=1.52e-06jsw=1.59e-11n=1.0752rs=1.28e-08ik=3.57e+04+ikr=0.00vb=100.0ibv=1.00e-03trs=-1.72e-04cta=0.00ctp=0.00+eg=1.4235tcv=0.00gap1=4.73e-04gap2=1.11e+03ttt1=0.00ttt2=0.00+tref=25.0tm1=0.00tm2=0.00tpb=0.00tphp=0.00xti=-5.0模型說明中涉及的參數(shù)需與.OPTIONS的設(shè)置相配合：上華二極管模型之一見（csmc.lib）43精選2021版課件模型卡MOS模型：.MODEL模型名PMOS<LEVEL=val><parameters>.MODEL模型名NMOS<LEVEL=val><parameters>LEVEL=1常用于數(shù)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模擬電路，精度高、速度慢44精選2021版課件MOSFET模型說明舉例例：1.2umCMOS工藝MOS管SPICE模型：.MODELNMOSNMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=0.74KP=8.0E-05+NSUB=5.37E+15GAMMA=0.54PHI=0.6U0=656UEXP=0.157UCRIT=31444+DELTA=2.34VMAX=55261XJ=0.25ULAMBDA=0.037NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=1.0RSH=70.00PB=0.58+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0003MJ=0.66CJSW=8.0E-10MJSW=0.24.MODELPMOSPMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=-0.74KP=2.7E-05+NSUB=4.33E+15GAMMA=0.58PHI=0.6U0=262UEXP=0.324UCRIT=65720+DELTA=1.79VMAX=25694XJ=0.25ULAMBDA=0.061NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=-1.0RSH=121.00PB=0.64+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0005MJ=0.51CJSW=1.35E-10MJSW=0.24上華提供的level=49的MOS模型見csmc.lib45精選2021版課件模型卡BJT模型：.MODELmnameNPN<(><pname1=val1>...<)>or.MODELmnamePNP<pname1=val1>...模型參數(shù)中一般包括LEVEL，說明哪種模型，不同級的模型有不同的模型參數(shù)集。46精選2021版課件BJT模型說明舉例：上華BJT模型之一（見csmc.lib）.modelpnp20pnp+level=1is=1.01e-16bf=16.3979+nf=0.9909vaf=261.3346ikf=1.46e-03+ise=4.38e-15ne=1.9797br=0.6531+nr=0.8241var=10.0ikr=1.5+isc=1.00e-17nc=1.5rb=40.7749……47精選2021版課件控制卡

控制卡是hspice輸入文件的命令部分，告訴hspice要進(jìn)行哪些操作和運(yùn)算，并給出相關(guān)的參數(shù)——如分析方式、輸出的變量等。其內(nèi)容主要包括選項(xiàng)語句（.OPTIONS)、分析命令語句、輸出控制語句幾類。這些語句格式的共同特點(diǎn)是都由保留字引導(dǎo)，后面跟隨相應(yīng)的參數(shù)，在保留字前要加“.”48精選2021版課件控制卡LIB語句：.lib‘<filepath>filename’entryname

該語句根據(jù)文件路徑和文件名來調(diào)用一個(gè)庫文件，一般該文件包含器件模型中的參數(shù)值。例.lib'f:\spice\userlib\csmc.lib'bjtcsmc.lib文件中： ···.libbjt .MODELpnp20pnp···.INCUDE語句：引用一個(gè)文件，被引用的文件置于引用文件前。例：LNA.include“me98xxxx/model.sp“···49精選2021版課件直流分析仿真流程50精選2021版課件控制卡——直流分析.OP：直流工作點(diǎn)分析會在輸出文件中列出一些直流參數(shù)和各結(jié)點(diǎn)的工作點(diǎn)電壓與支路電流、靜態(tài)功耗。例:對前面反相器鏈電路的直流工作點(diǎn)分析。51精選2021版課件控制卡——直流分析.dc:掃描：.DC變量1掃描<變量2掃描>···掃描：var1STARTSTOPSTEP/<SWEEPvar2type

npstart2stop2>,type-DEC(十進(jìn)位）/OCT（倍頻）/LIN（線性）/DATA＝datanm/POI(列表）Np－單位范圍內(nèi)的點(diǎn)數(shù)（依type而定）。SWEEP后的變量可是電壓、電流或溫度等變量。例：.DCxval1k10k.5kSWEEPTEMPLIN525125

.

DCTEMPPOI503050100125對前面反相器鏈的直流特性掃描：...VIN IN0.DCVIN05V0.1V（從0v到5v，步長0.1v）…52精選2021版課件直流分析舉例例：分析反相器鏈的直流傳輸特性和工作點(diǎn)…….globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2u…….ENDSX1 IN 1 INV WN=1.2UWP=3UX2 1 2 INV WN=1.2UWP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2UWP=3UCL OUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN 0.DCVIN 05V0.1V.OP…….END53精選2021版課件在Metawave中輸出的直流傳輸特性曲線54精選2021版課件控制卡——直流分析小信號靈敏度分析：.SENSov1<ov2...>ov1,ov2是做靈敏度分析的支路電流或節(jié)點(diǎn)電壓。計(jì)算給出輸出變量對于每個(gè)電路參數(shù)的偏導(dǎo)，并做歸一化。同一輸出變量對所有電路參數(shù)的靈敏度和為100％小信號轉(zhuǎn)移函數(shù)：.TFovsrcnamov是輸出變量，srcnam是輸入源。例.TFV(5,3)VIN計(jì)算V(5,3)/VIN55精選2021版課件瞬態(tài)分析仿真流程56精選2021版課件控制卡——瞬態(tài)分析一般分析:.TRANvar1START=start1STOP=stop1STEP=incr1or.TRANtincr1tstop1<tincr2tstop2...tincrNtstopN>+<START=val><UIC>起始時(shí)刻和步長都指的是輸出打印的時(shí)刻點(diǎn)，計(jì)算的時(shí)間步長由hspice自己決定。UIC參數(shù)表示使用.IC語句指定的節(jié)點(diǎn)初始值。例：.TRAN.1NS25NS1NS40NSSTART=10NS0－25ns，步長0.1ns,25ns-40ns,步長1ns;從10ns開始輸出結(jié)果。 .TRAN1NS100NS$以0.1ns的步長輸出到100ns57精選2021版課件控制卡——瞬態(tài)分析Fourier分析：.FOURfreqov1<ov2ov3...>Freq－基頻，ov1、ov2···－輸出變量CMOSINVERTERM12100NMOSW=20UL=5UM22133PMOSW=40UL=5UVDD305VIN10SIN2.52.520MEG.MODELNMOSNMOSLEVEL=3CGDO=.2NCGSO=.2NCGBO=2N.MODELPMOSPMOSLEVEL=3CGDO=.2NCGSO=.2NCGBO=2N.OP.TRAN1N100N.FOUR20MEGV(2).PRINTTRANV(2)V(1).END58精選2021版課件輸出文件傅立葉分析結(jié)果部分：fouriercomponentsoftransientresponsev(2)dccomponent=2.430D+00harmonicfrequencyfourier normalized phase normalizedno (hz) componentcomponent (deg) phase(deg)1 20.0000x 3.0462 1.0000 176.5386 0.2 40.0000x 115.7006m37.9817m -106.2672 -282.80573 60.0000x 753.0446m247.2061m 170.7288 -5.80984 80.0000x 77.8910m25.5697m -125.9511 -302.48975 100.0000x 296.5549m97.3517m 164.5430 -11.99566 120.0000x 50.0994m16.4464m -148.1115 324.65017 140.0000x 125.2127m41.1043m 157.7399 -18.79878 160.0000x 25.6916m8.4339m 172.9579 -3.58079 180.0000x 47.7347m15.6701m 154.1858 -22.3528totalharmonicdistortion=27.3791percent給出從1-9次諧波分量的相對大小，最后給出總諧波失真59精選2021版課件控制卡——交流分析.AC:一般頻域掃描：.ACtypenpfstartfstop<SWEEPvarstartstopincr>or.ACtypenpfstartfstop<SWEEPvartypenpstartstop>or.ACvar1START=start1STOP=stop1STEP=incr1例：.ACDEC101K100MEG1kHz-100MHz,每10倍頻10個(gè)采樣點(diǎn)。60精選2021版課件低通濾波器頻率響應(yīng)舉例.titleacsweepexample.OPTIONSPOSTR1in15C110500pFV1IN00AC=10V,37.ACOCT101100MEG.PRINTacV(1).END61精選2021版課件控制卡——交流分析噪聲分析：用來計(jì)算各個(gè)器件的噪聲對輸出節(jié)點(diǎn)的影響并給出其均方根并輸出，可完成.AC語句規(guī)定的各頻率的計(jì)算，應(yīng)在.AC分析之后。.NOISEovvsrcnaminterOvv－輸出變量，srcnam－輸入源，inter－頻率間隔例：.titleacsweepexample.OPTIONSPOSTR1in15C110500pfV1IN00AC=10V,37.ACOCT101100MEG.noisev(1)v120－－分析1點(diǎn)電壓的噪聲情況，噪聲源為V1端口.END62精選2021版課件Lis文件中輸出的噪聲分析結(jié)果1******Star-HSPICE--1999.4(19991220)22:12:1204/16/2002pcnt******.titleacsweepexample******noiseanalysistnom=25.000temp=25.000******frequency=1.0000hz****resistorsquarednoisevoltages(sqv/hz)element0:r1total8.233e-20rx5.0000****totaloutputnoisevoltage=8.233e-20sqv/hz=286.9260pv/rthztransferfunctionvalue:v(1)/v1=1.0000equivalentinputnoiseatv1=286.9260p/rthz****theresultsofthesqrtofintegral(v**2/freq)fromfstartupto1.0000hz.usingmorefreqpointsresultsinmoreaccuratetotalnoisevalues.****totaloutputnoisevoltage=0.volts****totalequivalentinputnoise=0.…….最后給出總的輸出噪聲電壓和等效到輸入端的噪聲電壓63精選2021版課件參數(shù)掃描要定義掃描的參數(shù)；在電路中引用參數(shù)；給出參數(shù)取值列表（DATA)；在分析語句中加入DATA=datanam，指定參數(shù)對應(yīng)的數(shù)值表。64精選2021版課件參數(shù)掃描舉例.titleacsweepexample.OPTIONSPOST.paramcv=500pfR1in15C110cvV1IN00AC=10V,37.datacv_tablecv300p500p1n.enddata.ACOCT101100MEGsweepdata=cv_table.END65精選2021版課件控制卡溫度分析：與直流或瞬態(tài)分析等命令結(jié)合使用：例如對反相器鏈瞬態(tài)特性的溫度掃描：……VININ0PULSE(05V10NS1N1N50N100N).TRAN1N200Nsweeptemp012520.PRINTV(OUT).END曲線如右：.TEMPt1<t2<t3...>>：會產(chǎn)生一系列的瞬態(tài)分析文件：tr0,tr1...,在metawave中對應(yīng)不同的分析。66精選2021版課件控制卡初始化：.ICvar1=val1<var2=VAL2>···瞬態(tài)分析的初始化語句.NODESETvar1=val1<var2=VAL2>···直流分析的初始條件設(shè)定語句進(jìn)行含有多穩(wěn)態(tài)電路的模擬時(shí)往往需要給出初始化條件。67精選2021版課件初始化問題舉例：含有雙穩(wěn)態(tài)的電路固定A端為1，掃描輸出－輸入B的直流特性：vaa05vvbb0.dcvblin1005不收斂！應(yīng)加上.nodesetv(i)=5vv(out)=0v68精選2021版課件上面電路的瞬態(tài)分析也需要初始化：...vaa05vvbb0pulse(051n0.1n0.1n5n10n).ICv(i)=5vv(out)=0v.tran0.1n20ns...69精選2021版課件控制卡.OPTIONS:該語句允許用戶重新設(shè)置程序的參數(shù)或控制程序的功能。常用的一些如下：

node:列出個(gè)節(jié)點(diǎn)的元件端點(diǎn)，便于查錯(cuò)；post:使輸出數(shù)據(jù)可以使用MetaWaves瀏覽（即將數(shù)據(jù)輸出到postprocessor）list:列出元件列表； MEASDGT：.MEASURE語句輸出的有效數(shù)字位數(shù)例：.optionpostprobe$MetaWaves只觀察.probe語句輸出的變量。70精選2021版課件輸出控制輸出語句：.PRINT:在輸出的list文件中打印數(shù)字的分析結(jié)果，如果.OPTIONS中有POST則同時(shí)輸出到post-processor中。.PLOT:在輸出的list文件中打印低分辨率的曲線（由ASCII字符組成）,如果.OPTIONS中有POST則同時(shí)輸出到post-processor中。.GRAPH：生成用于打印機(jī)或PostScript格式的高分辨率曲線。.PROBE:把數(shù)據(jù)輸出到post-processor，而不輸出到list文件。.MEASURE:輸出用戶定義的分析結(jié)果輸出到.mtx文件，如果.OPTIONS中有POST則同時(shí)輸出到post-processor中。.OP,.TF,.NOISE,.SENS和.FOUR都提供直接輸出功能。71精選2021版課件輸出控制.PRINT：.PRINTantypeov1<ov2…ov32>Antype－AC/DC/TRAN；Ovi：輸出變量，可以有以下形式：v(1):節(jié)點(diǎn)1的電平，v(1,2):1、2間的電壓，V(R1):電阻R1的電壓；vm(1):v1的幅值，vr(1):v1的實(shí)部，vi(1):v1的虛部，vp(1)v1的相位，vdb(1):v1的分貝值；（電流與以上類似）；INOISE,ONOISE;72精選2021版課件輸出控制.PLOT:.PLOTantypeov1<(plo1,phi1)>…<ov32>+<(plo32,phi32)>(plo1,phi1)－ov1繪圖的上下限。.PROBE:.PROBEantypeov1…<ov32>

*元件電流引用：BJT:I1(Qx)-Ic，I2(Qx)-Ib,I3(Qx)-Ie,I4(Qx)-襯底電流； MOS:I(Mx)-Ids。73精選2021版課件幾個(gè)輸出語句例子.PRINTacV(1).TRAN1N200N.PROBEV(OUT).NOISEv(out)vin10.printnoiseonoiseinoise.NETV(8)VINRIN=50ROUT=50（二端口網(wǎng)絡(luò)定義）.PLOTACZIN(R)zout(r)zout(i).printim(rd).PRINTACS11(DB)S21(m)S22(DB)74精選2021版課件Hspice的輸出.MEASURE:包括以下測量模式：Rise,fall,anddelayFind-whenEquationevaluationAverage,RMS,min,max,andpeak-to-peakIntegralevaluationDerivativeevaluationRelativeerror.MEASURE<DC|AC|TRAN>resultTRIG…TARG…75精選2021版課件輸出控制.MEASURE:Rise，F(xiàn)all，Delay模式：.MEASURE<DC|AC|TRAN>resultTRIG…TARG…Result－測量結(jié)果的名字，TRIG…TARG－起始···中止（依分析內(nèi)容不同可是時(shí)刻、頻率···）76精選2021版課件輸出控制.MEASURE:TRIG和TARG的格式

TRIGtrig_varVAL=trig_val<TD=time_delay><CROSS=c>+<RISE=r><FALL=f>或TRIGAT=valTARGtarg_varVAL=targ_val<TD=time_delay>+<CROSS=c|LAST><RISE=r|LAST><FALL=f|LAST>

trig_var和targ_var指定引發(fā)變量；val指出上升、下降、或反轉(zhuǎn)的臨界點(diǎn)；time_delay指出開始測量時(shí)跳過的時(shí)間量；CROSS,RISE,FALL分別指出開始觸發(fā)的次數(shù)；LAST說明到最后一次；例.meas

tran

tdlaytrigv(1)val=2.5td=10nrise=2+targv(2)val=2.5fall=277精選2021版課件計(jì)算反相器鏈電路的延遲時(shí)間.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp"……X1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX21 2 INVWN=1.2UWP=3U X32 OUT INVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N).TRAN1N200N.measuretrantdelaytrigv(in)val=2.5td=8nsrise=1+ targv(out)val=2.5td=9nfall=1.END78精選2021版課件測量結(jié)果輸出的Chain.mt0文件：$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='1999.4'.TITLE'.title1.2umcmosinverterchain'tdelaytemperalter#9.121e-0925.00001.0000延遲9.121ns79精選2021版課件Hspice的輸出.MEASURE:Find－When模式：.MEASURE<DC|TRAN|AC>result條件<RISE=r|LAST>+<FALL=f|LAST><CROSS=c|LAST>條件：WHENout_var=val或WHENout_var1=out_var2或FINDout_var1WHENout_var2=val或FINDout_var1WHENout_var2=out_var380精選2021版課件.measure語句例二若在控制卡中加如下一句：.measuretranttranswhenv(out)=4.5v求輸出電壓降到4.5v的時(shí)刻，則輸出文件chain.mt0如下：$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='1999.4'.TITLE'.title1.2umcmosinverterchain'tdelayttranstemperalter#9.121e-091.262e-0825.00001.000081精選2021版課件求元件功耗：一般形式.print/plot<dc或tran>P(element)power其中，power關(guān)鍵詞用來計(jì)算整個(gè)電路的功率。例.printtranP(M1)P(Vin)P(Cload)Power*這里只計(jì)算瞬態(tài)分析或直流分析中的瞬時(shí)功耗或靜態(tài)功耗。使用measure語句：.measuretranp_AVGPOWERfrom=0nto=100ns……tdelayp_temperalter#9.121e-092.653e-0425.00001.0000

82精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形——HSPICE分析結(jié)果的瀏覽83精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

啟動MetaWaves:在UNIX的cmdshell的提示符下，鍵入

awaves&,

回車即進(jìn)入MetaWaves的工作環(huán)境。

84精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

模擬文件的打開與關(guān)閉:點(diǎn)開Design菜單，其中的Open…和Close…命令分別用來打開和關(guān)閉待顯示波形的模擬文件。

85精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

Tools窗口:提供了一些常用的工具，如下圖所示：

86精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

結(jié)果編輯窗口:打開一個(gè)模擬文件后，就彈出ResultBrowser窗口用來編輯待顯示的結(jié)果。可以直接顯示的輸出列在

curves子窗口中。選定一個(gè)變量后，直接用鼠標(biāo)中鍵拖進(jìn)主菜單中的波形顯示區(qū)，即panel中即可。

87精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

表達(dá)式編輯窗口:點(diǎn)開Tools中的ExpressionBuilder,出現(xiàn)該窗口。該窗口提供了常用的函數(shù)和運(yùn)算符，能實(shí)現(xiàn)對已有輸出波形的函數(shù)運(yùn)算。它的結(jié)果也能被顯示出來。88精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

波形瀏覽區(qū)編輯菜單Panels:有時(shí)要顯示的波形很多，在一個(gè)窗口中放不下，就需要開多個(gè)窗口。該菜提供了窗口的Add,Hide,Delete,AddLabel,DeleteLabel等操作；以及單個(gè)窗口

中DeleteCurves

的操作。

89精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

波形顯示編輯菜單Windows:對一個(gè)Panel中的波形的顯示模式進(jìn)行編輯，包括X軸，Y軸，

X軸/Y軸的放大(ZoomIn)、縮小(ZoomOut)，移動(Pan)，以及全圖顯示(Full)，

恢復(fù)上一視圖

(LastZoom),以及視圖設(shè)置

(SetZoom)。

90精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

測量菜單Measure:它提供了對波形進(jìn)行測量的一些基本工具，用戶可以選擇點(diǎn)測量(Point)或點(diǎn)對點(diǎn)的測量(PointToPoint)，測量完之后可以清除測量標(biāo)記(DeleteMeasure或DeleteAllMeasure)。在MeasureLabel

Options

或MeasurePreference項(xiàng)中調(diào)整一些測量的參數(shù)，比如精度等。91精選2021版課件使用MetaWaves瀏覽波形

例子：

92精選2021版課件一個(gè)例子：緩沖驅(qū)動器分析——HSPICE分析舉例93精選2021版課件準(zhǔn)備模型文件選用1.2umCMOS工藝levelII模型(Models.sp).MODELNMOSNMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=0.74KP=8.0E-05+NSUB=5.37E+15GAMMA=0.54PHI=0.6U0=656UEXP=0.157UCRIT=31444+DELTA=2.34VMAX=55261XJ=0.25ULAMBDA=0.037NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=1.0RSH=70.00PB=0.58+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0003MJ=0.66CJSW=8.0E-10MJSW=0.24.MODELPMOSPMOSLEVEL=2LD=0.15UTOX=200.0E-10VTO=-0.74KP=2.70E-05+NSUB=4.33E+15GAMMA=0.58PHI=0.6U0=262UEXP=0.324UCRIT=65720+DELTA=1.79VMAX=25694XJ=0.25ULAMBDA=0.061NFS=1E+12NEFF=1.001+NSS=1E+11TPG=-1.0RSH=121.00PB=0.64+CGDO=4.3E-10CGSO=4.3E-10CJ=0.0005MJ=0.51CJSW=1.35E-10MJSW=0.2494精選2021版課件設(shè)計(jì)基本反相器單元根據(jù)模型參數(shù)、設(shè)計(jì)要求設(shè)定管子尺寸寫出反相器網(wǎng)單：.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp".globalvddMnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=3uL=1.2u CLOUT 0 0.5PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N)……95精選2021版課件直流傳輸特性分析.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp".globalvdd.optionprobeMnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=1.2uL=1.2u CLOUT 0 0.5PF VCC VDD05VVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N50N100N).DCVIN 05V0.1V.op.probedcv(out).end96精選2021版課件在Cmdshell中輸入“>hspicechain.sp&”，回車，窗口中顯示工作信息，當(dāng)顯示：“ *****jobconcluded1******Star-HSPICE--1999.4(19991220)21:16:5404/21/2002pcnt******.title1.2umcmosinverterchain******jobstatisticssummary……”時(shí)工作結(jié)束且無錯(cuò)誤（若是”…jobaborted…”則發(fā)生錯(cuò)誤，可檢查上面信息，會給出錯(cuò)誤提示。）若輸入hspicechain.sp=>chain.lis，窗口運(yùn)行后顯示的內(nèi)容存入chain.lis文件中再輸入”>awaves&”起動metawave。97精選2021版課件選擇Design->open，在opendesign窗口中從Filter菜單中選中input或all，會在下面文件列表中顯示出來，任選一個(gè)設(shè)計(jì)文件。

98精選2021版課件Metawave中輸出的直流傳輸特性曲線99精選2021版課件利用含參數(shù)的子電路組成反相器鏈.TITLE1.2UMCMOSINVERTERCHAIN.INCLUDE"models.sp".globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u .ENDSX1IN1 INVWN=1.2UWP=3UX21 2 INVWN=1.2UWP=3U X32 OUT INVWN=1.2UWP=3UCLOUT 0 1PF VCC VDD05VVIN IN0……100精選2021版課件直流特性分析…….DCVIN 05V0.1V.measureDCttranswhenv(out)=2.5v…….END ……ttranstemperalter#2.450025.00001.0000101精選2021版課件時(shí)序特性……VININ0PULSE(05V10NS1N＋1N50N100N)*.DCVIN 05V0.1V

.TRAN1N200N.measuretrantdelaytrigv(in)＋val=2.5td=8nsrise=1+ targv(out)val=2.5＋td=9nfall=1.PRINTV(OUT).end102精選2021版課件考察驅(qū)動能力掃描負(fù)載電容，觀察時(shí)序波形：…….paramcload=1pf…….datacvcload0.5p1p2p.enddata……CL OUT0cloadVIN IN0PULSE(05V10NS1N1N＋50N100N).TRAN1N200Nsweepdata=cv……103精選2021版課件固定負(fù)載，掃描管子尺寸…….paramwu=1.2u.paramwpt='2.5*wu'…….datacvwpt1.2u2.4u3u.enddataX1IN1 INVWN=wuWP=wptX21 2INVWN=wuWP=wptX32 OUTINVWN=wuWP=wptCLOUT 0 1pf …….TRAN1N200Nsweepdata=cv.measuretrantdtrigv(in)val=2.5td=8ns＋rise=1 targv(out)val=2.5td=9nfall=1.END$DATA1SOURCE='HSPICE'VERSION='1999.4'.TITLE'.title1.2umcmosinverterchain'indexwpttdtemperalter#1.00001.200e-069.121e-0925.00001.00002.00002.400e-064.724e-0925.00001.00003.00003.000e-063.891e-0925.00001.0000104精選2021版課件例子：簡單跨導(dǎo)放大器分析——HSPICE分析舉例105精選2021版課件電路與網(wǎng)表指標(biāo)分析偏置電流與功耗、開環(huán)增益、GBW與相位裕度、壓擺率、SwingRange、失調(diào)、噪聲、工藝corner分析、溫度特性分析等106精選2021版課件V_Vpvdd05VV_Vacvin0DC2.5VAC1V0V_Vdcvip02.5VR_Rzvo1N_0001rzvC_CcN_0001voccvC_CL0voclvC_Cb0vb10pR_Rbvbvdd100kM_U2vo1vipN_00020nmL=0.6uW=12uM=2M_M1N_0003N_0003vddvddpmL=2uW=12uM=2M_M3vovo1vddvddpmL=0.6uW=12uM=8M_U1N_0003vinN_00020nmL=0.6uW=12uM=2M_U4vovb00nmL=5uW=12uM=8M_U5vbvb00nmL=5uW=12uM=1M_U3N_0002vb00nmL=5uW=12uM=4M_M2vo1N_0003vddvddpmL=2uW=12uM=2存在文件中107精選2021版課件Hspice執(zhí)行網(wǎng)表Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.50.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k100meg$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end108精選2021版課件工作點(diǎn)分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot*.optionpostprobe*.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.50.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k100meg

$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end109精選2021版課件工作點(diǎn)分析瀏覽并分析.lis文件的內(nèi)容.prot與.unprot使用將使得其中的內(nèi)容不在.lis中出現(xiàn)用oper查找，即可找到operatingpointinformation這一段，可看到電路各節(jié)點(diǎn)的電壓、各元件的工作狀態(tài)注意此時(shí)vo=4.8916對于提供電源的電壓源v_vp，注意其功耗就是電路功耗，因此可查得電路功耗為2.47mW對于MOS管，注意各參量的含義：region、id、vgs、vds、vth、vdsat、gm、gmb、gds……可查得流過M_U3的偏置電流為149.8uA，并注意到M_M3的region為Linear110精選2021版課件直流掃描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.452.550.001*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k100meg

$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end粗掃111精選2021版課件直流掃描vovo1dvo對vo求導(dǎo)小信號增益Gain=d(vo)/d(v_vdc)確定精掃掃描范圍112精選2021版課件直流掃描對vo求導(dǎo)的操作步驟1中鍵拖動2中鍵拖動3定義結(jié)果名回車derivative113精選2021版課件直流掃描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probedcv(vo1)v(vo).op.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns*.acdec101k100meg

$sweeprzv02k0.2k.pararzv=1kccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end精掃114精選2021版課件直流掃描對于增益要求G0，存在對應(yīng)的輸出swingrange，若用小信號增益gain>G0作為swingrange，則一定滿足增益要求例如G0=500，則根據(jù)下圖其swingrange(0.485,4.29)若取輸出中心電壓為vdd/2，而令vo=vdd/2時(shí)，可測得此時(shí)v_dc=2.4876V故ota的系統(tǒng)失調(diào)：Vos=12.4mVnonlinearSmall-signalgain115精選2021版課件交流掃描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k200meg$sweeprzv02k0.2k.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end表示沒有補(bǔ)償電阻Rz將中的v_vdc值設(shè)為：V_Vdcvip02.4779V116精選2021版課件交流掃描GBW=99.8MHz相位裕度34.6度直流small-signalgain117精選2021版課件交流掃描單位增益帶寬GBW

gm1/(Cc+CGD3)主極點(diǎn)

p11/[Ro1gm3Ro(Cc+CGD3)]第二極點(diǎn)

p2gm3/(CL+Co)零點(diǎn)z1/[(Cc+CGD3)(gm3-1-Rz)]查看.lis文件可知gm32mgm10.83mgm1b0.13m由于零點(diǎn)的作用，相位裕度從60多度減小至39度！gm1為輸入管M_U1的跨導(dǎo)gm3為第二級輸入管M_M3的跨導(dǎo)118精選2021版課件交流掃描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500megsweepccv05p1p.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析miller補(bǔ)償效應(yīng)119精選2021版課件交流掃描增加Cc，

p1向下移動，GBW減小相位裕度增加增加Cc到5p時(shí)，相位裕度增加到約59度，而GBW已經(jīng)減小到24.8MHz!120精選2021版課件交流掃描Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_vdc2.482.4950.0001*.trans10ns200ns20ns0.1ns.acdec101k500megsweeprzv02k0.2k.pararzv=0ccv=1pclv=1p.inc‘NETLIST_PATH\’.end分析零極點(diǎn)抵消效果加Rz，可減弱零點(diǎn)的作用，提高相位裕度；當(dāng)達(dá)到零極點(diǎn)抵消時(shí)，應(yīng)滿足：Rz(CL+Cc)/(gm3Cc)得出Rz1k121精選2021版課件交流掃描Rz增加到0.6k時(shí)，相位裕度增加到約55度，GBW約76MHzRz增加到1時(shí)，相位裕度增加到約67度，GBW約103MHz122精選2021版課件噪聲分析Otasimulation.prot.lib‘LIB_PATH\csmc.lib’tt.unprot.optionpostprobe.probeacv(vo1)v(vo)vp(vo).op*.dcv_