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第一章Star-Hspice 介绍
Star-Hspice 优化仿真电路仿真器试Anvant!公司的工业级的电路分析软件，用以电子
电路的稳态、瞬态及频域的仿真和分析。该软件可以精确的仿真、分析、优化从直流到高
于100GHz 频率的微波的电路。
Star-Hspice 是理想的电路单元设计和模型处理的工具，也是信号完整性和传输线分析
的选择工具。
本章包括下列内容：
◆ Star-Hspice 应用
◆Star-Hspice 特点
Star-Hspice 应用
Star-Hspice 有着无与伦比的优势用于快速精确的电路和行为仿真。它使电路级性能分
析变得容易，并且生成可利用的Monte Carlo 、最坏情况、参数扫描（sweep ），数据表扫
描分析，而且还使用了最可靠的自动收敛特性。Star-Hspice 是组成全套Avant ！工具的基
础，并且为那些需要精确的逻辑校验和电路模型库的实际晶体管特性服务。
被Star-Hspice 仿真的电路的大小局限于计算机所使用的虚拟内存。Star-Hspice 软件对
接口可用于各式各样设计框架的各种计算机平台作了优化。
Star-Hspice 的特征
图1－1：Star-Hspice Design Feature
Star-Hspice 与绝大多数SPICE 的变种相兼容，并有如下附加的特征：
◆ 优秀的收敛性
◆ 精确的模型，包括许多加工模型
◆ 层次节点命名参考
◆ 对模型和电路单元的最优化，在AC，DC 和瞬态仿真中，带有递增和同步的多参数
◆ 带解释的Monte Carlo 和极坏设计支持
◆ 可参数化单元的输入输出及行为算术描述（algebraics）
◆ 有对高级逻辑仿真器校验库模型的单元特征化工具
◆ 对PCB 板，多芯片，包装，IC 技术的几何损耗耦合传输线
◆ 离散部件，针脚，包装和销售商IC 库
◆ 来自于多重仿真的AvanWaves 交互式波形图和分析
图1－2:Star-Hspice 电路分析类型
图1－3:Star-Hspice 模型技术
集成电路级和系统级的仿真需要组织结构的计划和晶体管模型与子电路(Subcircuit)间的
交互作用。工作于小型电路的方法或许有太多的局限性，当它被应用于高级仿真。
你可以构建仿真电路和模型去使用如下的Star-Hspice 特征。
◆ 清楚的包含文件——.INC 语句。
◆ 清楚的包含文件——.OPTION SEARCH=’lib_directory’
◆ 对器件和模型的算术和参数——.PARAM 语句
◆ 参数库文件——.LIB 语句
◆ 自动的模型选择器——LMIN ，LMAX ，WMIN ，WMAX 模型参数
◆ 参数扫描——SWEEP 分析语句
◆ 统计分析——SWEEP MONTE 分析语句
第二章开始
此章的例子向你显示如何运行Star-Hspice 去执行一些简单的分析。
此章包括如下例子：
◆ 一个RC 网络的AC 分析
◆ 一个RC 网络的瞬态分析
◆ 一个反向器（inverter ）的瞬态分析
一个RC 网络的AC 分析
图2 －1：如图所示为一个有DC 和AC 源的简单的RC 网络。电路包含两个电阻，R1 和
R2 ，电容C1 和电源V1 。节点1 接在电源正端和R1 之间。节点2 处R1 、R2 和C1
连在一起。Star-Hspice 接地端总是节点0 。
图2 －1：RC 网路电路
此RC 网络电路的Star-Hspice 网表是：
A SIMPLE AC RUN
.OPTIONS LIST NODE POST
.AC DEC 10 1K 1MEG
.PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1)
V1 1 0 10 AC 1
C1 2 0 .001U
接下去的程序是执行此RC 网络电路的AC 分析
1．输入以上网表到一个名叫qu
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第五讲 Hspice简介
第五讲Hspice简介OutlineSpice Overview Hspice??? ? ?网单文件 电路网表 模型卡 控制卡 浏览输出波形到网络学堂上下载 Hspice手册：Hspice.pdf简单的Hspice电路分析例子Spice OverviewCircuit simulation backgroudSpice OverviewSPICE : Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ? Developed by UC Berkeley Numerical Approach to Circuit Simulation ? Circuit Node/Connections Define a MatrixMust Rely on Sub-Models for Behavior of Various Circuit Elements??Simple (e.g. Resistor) Complex (e.g. MOSFET)Spice OverviewCircuit Analysis tool for Simulation of Electrical Circuits in Steady-State, Transient, and Frequency Domains. Spice tools available: SBTSPICE, HSPICE, Spectre, TSPICE, Pspice, Smartspice ... Most of the SPICE tools are originated from Berkeley’s SPICE program, therefore support common original SPICE syntax Basic algorithm scheme of SPICE tools are similar, however the control of time step, equation solver and convergence control might be different.Spice OverviewSPICE Simulation Algorithm - DCSpice OverviewSPICE Simulation Algorithm - TransientSpice Overview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的流程前端功能SchematicNetlisterHSPICE Simulation Wave Data HSPICE NetlistMetaLib CDF Symbol LibraryParameter Changes后处理Analysis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 §Monte Carlo, 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cmd shell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 Enter input file name: 此时输入你的HSPICE网表文件，缺省的扩展名为.sp Enter output file name or directory: [&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。两种工作模式――非提示行模式一般情况下的输入举例如下： hspice demo.sp 或者 hspice demo.sp =& demo.lisHspice的输入――网单文件文件结构：.title options Analysis statement .print/.plot/.graph/.probe Sources (I or V) netlist .lib .model libraries .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(Hspice netlist for the RC network circuit)：.title A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .ENDHspice的输出输出文件：一系列文本文件 ? *.ic ：initial conditions for the circuit ? *.lis ：text simulation output listing ? *.mt0,*.mt1… ：post-processor output for MEASURE statements ? *.pa0 ：subcircuit path table ? *.st0 ：run-time statistics ? *.tr0 ,*.tr1…：post-processor output for transient analysis ? *.ac0,*.ac1…: post-processor output for AC analysis MetaWave：观察波形(post-processor),人机交互界面Hspice的输入――网单文件.TITLE 语句.TITLE &string of up to 72 characters& 或者： &string of up to 72 characters& 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： .END &comment& 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 1 例：…… V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U v1 ……R12c1 R20Hspice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 M－毫，p－皮，n－纳，u－微，MEG－兆, 例如c1 1 2 10pF； 单位可以省略，例如c1 1 2 10p常量??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：.GLOBAL node1 node2 node3 …node1 node2 node3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：Rxxx n1 n2 &mname& &R=&resistance &AC=val& 电阻值可以是表达式。例： Rterm input gnd R=’sqrt(HERTZ)’ Rxxx 9 8 1 AC=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： Cxxx n1 n2 &mname& &C=&capacitance 例，Cload driver output 1.0e-6。电路网表无源器件：?电感：? 一般形式：Lxxx n1 n2 &L=&inductance电路网表有源器件：?二极管：Dxxx nplus nminus mname /params模型中的寄生电阻串联在正极端。?双极型晶体管：Qxxx nc nb ne &ns& mname?JFET：Jxxx nd ng ns &nb& mname电路网表有源器件：?MOSFET:Mxxx nd ng ns &nb& mname &params& Or Mxxx nd ng ns &nb& mname &width& &length& &other options...& 下面是一个CMOS反相器网表： …… Mn out in 0 0 NMOS W=1.2u L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=3u L=1.2u ……电路网表§子电路语句?子电路定义开始语句 .SUBCKT SUBNAM &node1 node2…& 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 .SUBCKT OPAMP 1 2 3 4电路网表§子电路语句?子电路终止语句 .ENDS &SUBNAM& 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 .ENDS OPAMP ?子电路调用语句 X***** &node1 node2 …& SUBNAM 例 .Xopa1 a b c c OPAMP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：…… .global vdd .SUBCKT INV IN OUT wn=1.2u wp=1.2u IN Mn out in 0 0 NMOS W=wn L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=wp L=1.2u .ENDS X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT 0 1PF VCC VDD 0 5V ……12out电路网表激励源： ? 独立源：电压源－V，电流源－I Vxxx/Ixxx n+ n- &&DC=& dcval& &AC=acmag, &acphase&& + &M=val& 例，V1 1 0 DC=5V 或 V1 1 0 5V I1 1 0 DC=5mA 或 I1 1 0 5mA 交流模式：V1 1 0 AC=10V,90 幅度为10v，相位为90度 交直流模式： V1 1 0 0.5v AC=10V,90 直流分量是0.5v or Vxxx/ Iyyy n+ n- &tranfun& + &M=val& tranfun：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： Vxxx n+ n- PU&LSE& &(&v1 v2 &td &tr &tf+ &pw &per&&&&& &)& V1 V2 td tr tf pw per 值1 值2 上升延迟时间 上升时间 下降时间 脉冲宽度 周期脉冲形式举例例：VPU 3 0 PULSE(1 2 5N 5N 5N 20N 50N)电路网表激励源：?独立源：? 正弦形式：Vxxx n+ n- SIN &(& vo va &freq &td & q＋&φ &&&& &)&v0 失调值vafreq td幅度频率 延迟时间 阻尼因子 相位q ?电路网表得到的波形：Time=0~tdvo+va? sin(2πφ/360）Time=td~瞬态 vo＋ vaExp[-(Time- td)×θ]? [freq(Time-td)+φ/360]} 分析的结束时间 Sin{2π?正弦形式举例例：VIN 3 0 SIN (0 1 100MEG 1NS 1e10)电路网表激励源： ? 独立源： ? 逐段线性形式：pwl &(& t1 v1 &t2 v2 t3 v3…& + &R &=repeat&& &TD=delay& &)&vi是ti时刻的值，repeat 是开始重复的起始点； delay是延迟时间。? 指数形式：EXP &(& v1 v2 &td1 &t1 &td2 &t2&&&& &)& V1是初始值，v2是峰值，td1是上升延迟时间，t1是 上升时间常数，t2是下降时间常数。
完整的网表部分举例前面反相器链的网表： …… .SUBCKT INV IN OUT wn=1.2u wp=1.2u Mn out in 0 0 NMOS W=wn L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=wp L=1.2u .ENDS X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT 0 1PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) ……模型卡模型卡中列出了一系列元件的类型，并给 出了各类型元器件的有关参数，对于不同类型 的元件，参数的集合有不同的内容。一个模型 对应于一类元件，不同的元件可以对应同一模 型，其中各元件间的参数值可能不同，但参数 集是一样的，一般值相同的参数的值在模型说 明中给出。模型卡的语句是一条条.MODEL引导 的模型说明语句。每个模型有一个名字。模型卡电阻模型：.MODEL 模型名 R keyword=value NOISE，RX: 热噪声参数，inr＝SQRT(NOISE?4KT/R), 2 2 噪声＝ inr ? RX 电容模型：.MODEL 模型名 C parameter=value
模型卡有源器件的模型说明都有一个LEVEL参数，不同的LEVEL对应不同 的模型参数集。二极管模型：.MODEL 模型名 D &LEVEL = val& &keyword = val& ... 电阻、电容、电流参数 例：.MODEL D D (CO=2PF, RS=1, IS=1P).MODEL DFOWLER D (LEVEL=2, TOX=100, JF=1E-10, EF=1E8) .MODEL DGEO D (LEVEL=3, JS=1E-4, JSW=1E-8) .model n d 上华二极管模型之一见（csmc.lib） +level=1 js=1.52e-06 jsw=1.59e-11 n=1.0752 rs=1.28e-08 ik=3.57e+04 +ikr=0.00 vb=100.0 ibv=1.00e-03 trs=-1.72e-04 cta=0.00 ctp=0.00 +eg=1.4235 tcv=0.00 gap1=4.73e-04 gap2=1.11e+03 ttt1=0.00 ttt2=0.00 +tref =25.0 tm1=0.00 tm2=0.00 tpb=0.00 tphp=0.00 xti=-5.0模型说明中涉及的参数需与.OPTIONS的设置相配合：模型卡MOS模型：.MODEL 模型名 PMOS &LEVEL=val& &parameters& .MODEL 模型名 NMOS &LEVEL=val& &parameters& LEVEL=1 常用于数字电路，精度低、速度快 LEVEL=2 考虑了衬底电荷对电流的影响 LEVEL=13,39,49模拟电路，精度高、速度慢MOSFET模型说明举例例：1.2um CMOS工艺MOS管SPICE模型：.MODEL NMOS NMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=0.74 KP=8.0E-05 +NSUB=5.37E+15 GAMMA=0.54 PHI=0.6 U0=656 UEXP=0.157 UCRIT=31444 +DELTA=2.34 VMAX=55261 XJ=0.25U LAMBDA=0.037 NFS=1E+12 NEFF=1.001 +NSS=1E+11 TPG=1.0 RSH=70.00 PB=0.58 +CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0003 MJ=0.66 CJSW=8.0E-10 MJSW=0.24 .MODEL PMOS PMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=-0.74 KP=2.7E-05 +NSUB=4.33E+15 GAMMA=0.58 PHI=0.6 U0=262 UEXP=0.324 UCRIT=65720 +DELTA=1.79 VMAX=25694 XJ=0.25U LAMBDA=0.061 NFS=1E+12 NEFF=1.001 +NSS=1E+11 TPG=-1.0 RSH=121.00 PB=0.64 +CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0005 MJ=0.51 CJSW=1.35E-10 MJSW=0.24上华提供的level=49的MOS模型见csmc.lib三类参数（1）模型参数(构造器件模型的数学公式中的参数）? ??? ??? ?VT0（零偏置阈值电压） KP（传输电导参数） GAMMA（体阈值参数） LAMBDA（沟道长度调制参数） CGS0/CGD0/CGB0（GS-GD-GB覆盖电容） CJ（零偏置结电容） MJ（电容梯度因子） 。。。三类参数（2）工艺参数? ? ? ? ?TOX（氧化层厚度） PHI（表面势） NSUB（衬底搀杂） Qox NSS（等效表面电荷 。。。）三类参数（3）高阶参数? ? ?NFS（快速表面态效应） U0（表面迁移率） 。。。模型卡? BJT模型：.MODEL mname NPN &(& &pname1 = val1& ... &)& or .MODEL mname PNP &pname1 = val1& ... 模型参数中一般包括LEVEL，说明哪种模型，不同级 的模型有不同的模型参数集。BJT模型说明举例：上华BJT模型之一（见csmc.lib） .model pnp20 pnp +level=1 is=1.01e-16 bf=16.3979 +nf=0.9909 vaf=261.3346 ikf=1.46e-03 +ise=4.38e-15 ne=1.9797 br=0.6531 +nr=0.8241 var=10.0 ikr=1.5 +isc=1.00e-17 nc=1.5 rb=40.7749 …… 各参数具体意义参考hspice手册!控制卡控制卡是hspice输入文件的命令部分，告 诉hspice要进行哪些操作和运算，并给出相关 的参数――如分析方式、输出的变量等。其内 容主要包括选项语句（.OPTIONS)、分析命令 语句、输出控制语句几类。这些语句格式的共 同特点是都由保留字引导，后面跟随相应的参 数，在保留字前要加“.”控制卡LIB 语句： .lib ?&filepath&filename? entryname 该语句根据文件路径和文件名来调用一个库文件，一 般该文件包含器件模型中的参数值。例 .lib 'f:\spice\userlib\csmc.lib' bjt csmc.lib文件中： ? ? ? .lib bjt .MODEL pnp20 pnp ? ? ?.INCUDE语句：引用一个文件，被引用的文件置于引用文 件前。例： LNA .include “me98xxxx/model.sp“ ? ? ?直流分析仿真流程控制卡――直流分析.OP：直流工作点分析会在输出文件中列出一些直流参数和各结点的 工作点电压与支路电流、静态功耗。 例:对前面反相器链电路的直流工作点分析。控制卡――直流分析.dc:?扫描：.DC 变量1扫描 &变量2扫描&???扫描：var1 START STOP STEP/&SWEEP var2 type np start2 stop2&,type-DEC(十进位）/OCT（倍频）/LIN（线性）/DATA ＝datanm/POI(列表） Np－单位范围内的点数（依type而定）。SWEEP后的变量可 是电压、电流或温度等变量。 例：.DC xval 1k 10k .5k SWEEP TEMP LIN 5 25 125 .DC TEMP POI 5 0 30 50 100 125 对前面反相器链的直流特性扫描： ... VIN IN 0 .DC VIN 0 5V 0.1V（从0v到5v，步长0.1v） …直流分析举例例：分析反相器链的直流传输特性和工作点…… .global vdd .SUBCKT INV IN OUT wn=1.2u wp=1.2u …… .ENDS X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT 0 1PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 .DC VIN0 5V 0.1V .OP …… .END在Metawave中输出的直流传输特性曲 线控制卡――直流分析小信号灵敏度分析：.SENS ov1 &ov2 ...&ov1,ov2是做灵敏度分析的支路电流或节点电压。 计算给出输出变量对于每个电路参数的偏导，并做归 一化。同一输出变量对所有电路参数的灵敏度和为 100％小信号转移函数：.TF ov srcnamov是输出变量，srcnam是输入源。 例 .TF V(5,3) VIN 计算V(5,3)/VIN瞬态分析仿真流程控制卡――瞬态分析一般分析:.TRAN var1 START=start1 STOP=stop1 STEP=incr1 or .TRAN tincr1 tstop1 &tincr2 tstop2 ...tincrN tstopN& + &START=val& &UIC&起始时刻和步长都指的是输出打印的时刻点，计算 的时间步长由hspice自己决定。UIC参数表示使 用.IC语句指定的节点初始值。例：.TRAN .1NS 25NS 1NS 40NS START=10NS 0－25ns，步长0.1ns,25ns-40ns,步长1从10ns开始输出结果。 .TRAN 1NS 100NS $以0.1ns的步长输出到100ns控制卡――瞬态分析Fourier分析：.FOUR freq ov1 &ov2 ov3 ...& Freq－基频，ov1、ov2???－输出变量CMOS INVERTER M1 2 1 0 0 NMOS W=20U L=5U M2 2 1 3 3 PMOS W=40U L=5U VDD 3 0 5 VIN 1 0 SIN 2.5 2.5 20MEG .MODEL NMOS NMOS LEVEL=3 CGDO=.2N CGSO=.2N CGBO=2N .MODEL PMOS PMOS LEVEL=3 CGDO=.2N CGSO=.2N CGBO=2N .OP .TRAN 1N 100N .FOUR 20MEG V(2) .PRINT TRAN V(2) V(1) .END输出文件傅立叶分析结果部分：fourier components of transient response v(2) dc component = 2.430D+00 harmonic frequency fourier normalized phase no (hz) component component (deg) 1 20.2 1.6 2 40.06m 37.9817m -106..46m 247.88 4 80.0m 25.5697m -125..49m 97.30 6 120.4m 16.4464m -148..27m 41.99 8 160.6m 8.79 9 180.7m 15.58 total harmonic distortion = 27.3791 percent normalized phase(deg) 0. -282.8 -302.6 324.7 -3.8给出从1-9次谐波分量的相对大小， 最后给出总谐波失真控制卡――交流分析.AC:?一般频域扫描：.AC type np fstart fstop &SWEEP var start stop incr& or .AC type np fstart fstop &SWEEP var type np start stop& or .AC var1 START = start1 STOP = stop1 STEP = incr1 例：.AC DEC 10 1K 100MEG 1kHz-100MHz,每10倍频10个采 样点。低通滤波器频率响应举例.title ac sweep example.OPTIONS POST R1 in 1 5 C1 1 0 500pF V1 IN 0 0 AC=10V,37 .AC OCT 10 1 100MEG .PRINT ac V(1) .END控制卡――交流分析噪声分析：用来计算各个器件的噪声对输出节点的影响并给出其均方根并输出， 可完成.AC语句规定的各频率的计算，应在.AC分析之后。 .NOISE ovv srcnam inter Ovv－输出变量，srcnam－输入源，inter－频率间隔 例：.title ac sweep example .OPTIONS POST R1 in 1 5 C1 1 0 500pf V1 IN 0 0 AC=10V,37 .AC OCT 10 1 100MEG .noise v(1) v1 20－－分析1点电压的噪声情况，噪声源为V1端口 .ENDLis文件中输出的噪声分析结果1 ****** Star-HSPICE -- :12:12 04/16/2002 pcnt ****** .title ac sweep example ****** noise analysis tnom= 25.000 temp= 25.000 ****** frequency = 1.0000 hz **** resistor squared noise voltages (sq v/hz) element 0:r1 total 8.233e-20 rx 5.0000 **** total output noise voltage = 8.233e-20 sq v/hz = 286.9260p v/rt hz transfer function value: v(1)/v1 = 1.0000 equivalent input noise at v1 = 286.9260p /rt hz **** the results of the sqrt of integral (v**2 / freq) from fstart upto 1.0000 hz. using more freq points results in more accurate total noise values. **** total output noise voltage = 0. volts **** total equivalent input noise = 0. …….最后给出总的 输出噪声电压 和等效到输入 端的噪声电压参数扫描1. 要定义扫描的参数； 2. 在电路中引用参数； 3. 给出参数取值列表（DATA)； 4. 在分析语句中加入DATA=datanam，指定参数对应的数值表。参数扫描举例.title ac sweep example .OPTIONS POST .param cv=500pf R1 in 1 5 C1 1 0 cvV1 IN 0 0 AC=10V,37 .data cv_table cv 300p 500p 1n .enddata .AC OCT 10 1 100MEG sweep data=cv_table .END控制卡温度分析： ? 与直流或瞬态分析等命令结合使用：例 如对反相器链瞬态特性的温度扫描： …… VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) .TRAN 1N 200N sweep temp 0 125 20 .PRINT V(OUT) .END 曲线如右： ? .TEMP t1 &t2 &t3 ...&&：会产生一系 列的瞬态分析文件：tr0,tr1...,在 metawave中对应不同的分析。控制卡初始化：.IC var1=val1 &var2=VAL2&??? 瞬态分析的初始化语句 ? .NODESET var1=val1 &var2=VAL2&??? 直流分析的初始条件设定语句 进行含有多稳态电路的模拟时往往需要给出初始化条 件。?初始化问题举例：含有双稳态的电路 固定A端为1，扫描输出－输入 B的直流特性： va a 0 5v vb b 0 .dc vb lin 10 0 5 不收敛！应加上 .nodeset v(i)=5v v(out)=0vA1 A1I out BA1上面电路的瞬态分析也需要初始化：... va a 0 5v vb b 0 pulse(0 5 1n 0.1n 0.1n 5n 10n) .IC v(i)=5v v(out)=0v .tran 0.1n 20ns ...控制卡.OPTIONS:该语句允许用户重新设置程序的参数或控制程序 的功能。常用的一些如下： node: 列出个节点的元件端点，便于查错； post: 使输出数据可以使用 MetaWaves 浏览 （即将数据输出到post processor）list: 列出元件列表；MEASDGT：.MEASURE语句输出的有效数字位数 例：.option post probe $MetaWaves只观察.probe 语句输出的变量。输出控制输出语句：??? ? ??.PRINT:在输出的list文件中打印数字的分析结果，如 果.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。 .PLOT:在输出的list文件中打印低分辨率的曲线（由ASCII字 符组成）,如果.OPTIONS中有POST则同时输出到postprocessor中。 .GRAPH：生成用于打印机或PostScript格式的高分辨率曲线。 .PROBE:把数据输出到post-processor，而不输出到list文件。 .MEASURE:输出用户定义的分析结果输出到.mtx文件，如 果.OPTIONS中有POST则同时输出到post-processor中。 .OP, .TF, .NOISE, .SENS和.FOUR都提供直接输出功能。输出控制.PRINT：.PRINT antype ov1 &ov2 … ov32&Antype－AC/DC/TRAN； Ovi：输出变量，可以有以下形式： v(1): 节点1的电平，v(1, 2): 1、2间的电压， V(R1): 电阻R1的电压； vm(1): v1的幅值，vr(1): v1的实部，vi(1): v1 的虚部，vp(1) v1的相位，vdb(1): v1的分贝值； （电流与以上类似）； INOISE,ONOISE;输出控制.PLOT:.PLOT antype ov1 &(plo1,phi1)& … &ov32& + &(plo32,phi32)& (plo1,phi1)－ov1绘图的上下限。 .PROBE: .PROBE antype ov1 … &ov32& *元件电流引用：BJT: I1(Qx)-Ic，I2(Qx)-Ib, I3(Qx)-Ie, I4(Qx)-衬底电流； MOS:I(Mx)-Ids。几个输出语句例子.PRINT ac V(1) .TRAN 1N 200N . PROBE V(OUT) .NOISE v(out) vin 10 .print noise onoise inoise .NET V(8) VIN RIN=50 ROUT=50（二端口网络定义） .PLOT AC ZIN(R) zout(r) zout(i) .print im(rd) .PRINT AC S11(DB) S21(m) S22(DB)Hspice的输出.MEASURE:??包括以下测量模式： ? Rise, fall, and delay ? Find-when ? Equation evaluation ? Average, RMS, min, max, and peak-to-peak ? Integral evaluation ? Derivative evaluation ? Relative error .MEASURE &DC|AC|TRAN& result TRIG … TARG …输出控制.MEASURE:?Rise，Fall，Delay模式：.MEASURE &DC|AC|TRAN& result TRIG … TARG … Result－测量结果的名字， TRIG … TARG －起 始???中止（依分析内容不同可是时刻、频 率???）输出控制.MEASURE:-TRIG和TARG的格式TRIG trig_var VAL=trig_val &TD=time_delay& &CROSS=c& + &RISE=r& &FALL=f& 或 TRIG AT=val TARG targ_var VAL=targ_val &TD=time_delay& + &CROSS=c|LAST& &RISE=r|LAST& &FALL=f|LAST&trig_var和targ_var指定引发变量；val指出上升、下降、或 反转的临界点；time_delay指出开始测量时跳过的时间量；CROSS, RISE, FALL分别指出开始触发的次数；LAST说明到最后一次；例 .meas tran tdlay trig v(1) val=2.5 td=10n rise=2 + targ v(2) val=2.5 fall=2计算反相器链电路的延迟时间.TITLE 1.2UM CMOS INVERTER CHAIN .INCLUDE &models.sp& …… X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT 0 1PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) .TRAN 1N 200N .measure tran tdelay trig v(in) val=2.5 td=8ns rise=1 + targ v(out) val=2.5 td=9n fall=1 .END测量结果输出的Chain.mt0文 件：$DATA1 SOURCE='HSPICE' VERSION='; .TITLE '.title 1.2um cmos inverter chain' tdelay temper alter# 9.121e-09 25.0 延迟9.121nsHspice的输出.MEASURE:?Find－When模式：.MEASURE &DC|TRAN| AC& result 条件 & RISE=r | LAST & +& FALL=f | LAST&& CROSS=c | LAST & 条件：WHEN out_var = val或WHEN out_var1=out_var2或 FIND out_var1 WHEN out_var2=val或FIND out_var1 WHEN out_var2 = out_var3.measure语句例二若在控制卡中加如下一句： .measure tran ttrans when v(out)=4.5v求输出电压 降到4.5v的时刻，则输出文件chain.mt0如下：$DATA1 SOURCE='HSPICE' VERSION='; .TITLE '.title 1.2um cmos inverter chain' tdelay ttrans temper alter# 9.121e-09 1.262e-08 25.0求元件功耗：一般形式 .print/plot &dc或tran& P(element) power其中，power 关键词用来计算整个电路的功率。 例 .print tran P(M1) P(Vin) P(Cload) Power*这里只计算瞬态分析或直流分析中的瞬时功耗或静态功耗。使用measure语句：.measure tran p_ AVG POWER from=0n to=100ns…… tdelay p_ temper alter#9.121e-09 2.653e-04 25.0使用 MetaWaves 浏览波形――HSPICE分析结果的浏览使用 MetaWaves 浏览波形§ 启动MetaWaves:在UNIX的 cmdshell 的提示符下， 键入 awaves &, 回车即进入MetaWaves的工作环境。使用 MetaWaves 浏览波形§模拟文件的打开与关闭: 点开Design 菜单，其中的Open…和Close…命令分别用来打开和关闭待显示波形 的模拟文件。使用 MetaWaves 浏览波形§Tools窗口: 提供了一些常用的工具，如下图所示：使用 MetaWaves 浏览波形§ 结果编辑窗口:curves子窗口中。选 定一个变量后，直接 用鼠标中键拖进 主菜单中的波形显示 区，即panel中即可。 打开一个模拟文件后，就弹出Result Browser窗口用来编辑待显示的结果。可以直接显示的输出列在使用 MetaWaves 浏览波形§表达式编辑窗口: 点开Tools中的Expression Builder, 出现该窗口。该窗口提供了常用的函数和运算符，能实现对已有输出波形的 函数运算。它的结果也能被显示出来。使用 MetaWaves 浏览波形§波形浏览区编辑菜单Panels: 有时要显示的波形很多，在一个窗口中放不下，就需要开多个窗口。该菜提供了窗口的Add, Hide, Delete, Add Label, Delete Label 等操作； 以及单个窗口 中Delete Curves 的操作。使用 MetaWaves 浏览波形§ 波形显示编辑菜单Windows:恢复上一视图 (Last Zoom),以 及视图设置 (Set Zoom)。对一个Panel中的波形的显示模 式进行编辑，包括X轴，Y轴， X轴/Y轴的放大(Zoom In)、缩小 (Zoom Out)，移动(Pan)，以及全图显示(Full)，使用 MetaWaves 浏览波形§测量菜单Measure: 它提供了对波形进行测量的一些基本工具，用户可以选择点测量(Point)或点对点的测量(Point To Point)，测量完之后可以 清除测量标记(Delete Measure 或Delete All Measure)。在Measure LabelOptions或Measure Preference 项 中调整一些测量 的参数，比如 精度等。使用 MetaWaves 浏览波形§ 例子：一个例子：缓冲驱动器分析――HSPICE分析举例准备模型文件选用1.2um CMOS工艺level II模型 (Models.sp).MODEL NMOS NMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=0.74 KP=8.0E-05 +NSUB=5.37E+15 GAMMA=0.54 PHI=0.6 U0=656 UEXP=0.157 UCRIT=31444 +DELTA=2.34 VMAX=55261 XJ=0.25U LAMBDA=0.037 NFS=1E+12 NEFF=1.001 +NSS=1E+11 TPG=1.0 RSH=70.00 PB=0.58 +CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0003 MJ=0.66 CJSW=8.0E-10 MJSW=0.24 .MODEL PMOS PMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=-0.74 KP=2.70E-05 +NSUB=4.33E+15 GAMMA=0.58 PHI=0.6 U0=262 UEXP=0.324 UCRIT=65720 +DELTA=1.79 VMAX=25694 XJ=0.25U LAMBDA=0.061 NFS=1E+12 NEFF=1.001 +NSS=1E+11 TPG=-1.0 RSH=121.00 PB=0.64 +CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0005 MJ=0.51 CJSW=1.35E-10 MJSW=0.24设计基本反相器单元根据模型参数、设计要求设定管子尺寸 写出反相器网单：.TITLE 1.2UM CMOS INVERTER CHAIN .INCLUDE &models.sp& .global vdd Mn out in 0 0 NMOS W=1.2u L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=3u L=1.2u CL OUT 0 0.5PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) ……直流传输特性分析.TITLE 1.2UM CMOS INVERTER CHAIN .INCLUDE &models.sp& .global vdd .option probe Mn out in 0 0 NMOS W=1.2u L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=1.2u L=1.2u CL OUT 0 0.5PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N 50N 100N) .DC VIN 0 5V 0.1V .op .probe dc v(out) .end在Cmdshell中输入“&hspice chain.sp&”，回车， 窗口中显示工作信息，当显示： “ ***** job concluded1 ****** Star-HSPICE -- :16:54 04/21/2002 pcnt ****** .title 1.2um cmos inverter chain ****** job statistics summary ……” 时工作结束且无错误（若是”… job aborted …”则发生错 误，可检查上面信息，会给出错误提示。） 若输入 hspice chain.sp =& chain.lis，窗口运行后显示 的内容存入chain.lis文件中 再输入”&awaves&”起动metawave。选择Design-&open， 在open design窗口 中从Filter菜单中 选中input或all， 会在下面文件列表 中显示出来，任选 一个设计文件。Metawave中输出的直流传输特性曲线利用含参数的子电路组成反相器链.TITLE 1.2UM CMOS INVERTER CHAIN .INCLUDE &models.sp& .global vdd .SUBCKT INV IN OUT wn=1.2u wp=1.2u Mn out in 0 0 NMOS W=wn L=1.2u Mp out in vdd vdd PMOS W=wp L=1.2u .ENDS X1 IN 1 INV WN=1.2U WP=3U X2 1 2 INV WN=1.2U WP=3U X3 2 OUT INV WN=1.2U WP=3U CL OUT 0 1PF VCC VDD 0 5V VIN IN 0 ……直流特性分析…… .DC VIN 0 5V 0.1V .measure DC ttrans when v(out)=2.5v …… .END?? ttrans temper alter# 2.0 1.0000时序特性…… VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N ＋1N 50N 100N) *.DC VIN 0 5V 0.1V .TRAN 1N 200N .measure tran tdelay trig v(in) ＋ val=2.5 td=8ns rise=1 + targ v(out) val=2.5 ＋ td=9n fall=1 .PRINT V(OUT) .end考察驱动能力扫描负载电容，观察时序 波形：…… .param cload=1pf …… .data cv cload 0.5p 1p 2p .enddata …… CL OUT 0 cload VIN IN 0 PULSE(0 5V 10NS 1N 1N ＋50N 100N) .TRAN 1N 200N sweep data=cv……固定负载，扫描管子尺寸…… $DATA1 SOURCE='HSPICE' VERSION='; .param wu=1.2u .TITLE '.title 1.2um cmos inverter chain' .param wpt='2.5*wu' index wpt td temper alter# …… 1.e-06 9.121e-09 25.0000 .data cv 1.0000 wpt 2.e-06 4.724e-09 25.u 2.4u 3u 1.0000 .enddata 3.e-06 3.891e-09 25.0000 X1 IN 1 INV WN=wu WP=wpt 1. 2 INV WN=wu WP=wpt X3 2 OUT INV WN=wu WP=wpt CL OUT 0 1pf …… .TRAN 1N 200N sweep data=cv .measure tran td trig v(in) val=2.5 td=8ns ＋rise=1 targ v(out) val=2.5 td=9n fall=1 .END本讲小结介绍了Hspice的电路网表、模型卡、控 制卡、输出波形浏览等 理解spice仿真的输入输出 理解各种分析类型的应用 通过对电路和仿真结果的对应分析，加 深对电路工作原理的掌握和理解 更进一步的Hspice仿真应用参见“第八 讲_B 跨导运放的分析与设计”
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