CMOS模拟集成电路实训HSPICE辅助设计教学PPT.ppt

CMOS模拟集成电路实训 之H-SPICE辅助设计,东南大学集成电路学院 IC实验室,Leo_,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,开始前 H-SPICE不要安装在中文目录下 任何H-SPICE需要调用的文件都不要放在中文目录下 网表文件第一行为标题行 H-SPICE并不是所见即所得模式，但可以借助Cadence实现,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,(1)SPICE背景 SPICE：Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 由加州大学伯克利分校研制 广泛使用，成为行业标准模型 电路仿真的数字方法 电路节点定义一个矩阵 电路元件特性依赖于子模型 简单的如电阻：Resistor 复杂的如MOS管：MOSFET,(2)SPICE简介 SPICE是一个电路分析工具，用于电路的稳态、瞬态和频域仿真 种类繁多：业界有很多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程序开发，均支持通用的SPICE网表文件 SPICE工具的算法基本相似，可能在时步控制、方程解算器和收敛控制方面会有所不同,(3)使用SPICE需具备的基础 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,(4)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 蒙特卡罗最坏情况分析，参数扫描，数据表扫描 功耗、各种电路参数（H参数、T参数、S参数）等可扩展的性能分析,(5)HSPICE的界面,(6)HSPICE的输入输出数据,(7)HSPICE的文件及其后缀 输出列表 .lis 瞬态分析结果 .tr#+ 瞬态分析测量结果 .mt# 直流分析结果 .sw#+ 直流分析测量结果 .ms# 交流分析结果 .ac#+ 交流分析测量结果 .ma# 输出状态 .st# 工作点节点电压（初始条件） .ic # ：代表扫描分析序号或者硬拷贝文件序号，一般从0 开始。 +：表示在用.POST语句产生图形数据后该文件才被确立。,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,(1)电路与网表 *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 vdd vdd 0 dc 5 vin vin 0 dc VMOD ac 1 .op 网表是描述电路元件和连接关系的语句 首先对电路节点进行标记 说明各个元件的类型和模型 说明各个元件的引脚连接到哪个节点,(2)HSPICE的网表结构,(3)HSPICE的网表编写规则 网表文件的第一个语句必须是标题行，最后一个语句必须是.END 网表中语句的次序是随意的，但是续行（行首有“”的行）除外 注释行（首字母为*或句末为$）可加在文件中的任何地方 不要重复定义节点 不要有悬空节点 关键节点最好使用有意义的命名 文件名、语句、等式的长度不能超过256字符 不区分大小写,(4)节点命名规则 可以是字母或数字(如VIN1，12等) 0节点总是地 节点数字后的字母可被忽略(如5A=5B=5) 节点均为本地 可以使用.GLOBAL声明全局节点(例 .GLOBAL VDD VSS),(5)网表中的单位及比例因子 单位可以省略 比例因子不可省略,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,(1)Model简介 Model主要内容为元件参数 语法规则 .MODEL 模型名 PMOS .MODEL 模型名 NMOS 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用于模拟电路，精度高、速度慢,(2)元件参数说明 模拟电路仿真前的手工估算 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） TOX（氧化层厚度）PHI（表面势）NSUB（衬底掺杂）NSS（等效表面电荷） NFS（快速表面态效应）U0（表面迁移率） CSMC 0.5um CMOS,(3)Subckt简介 子电路是以 .SUBCKT 开头，以 .ENDS 结束的一组语句 子电路中可嵌套其它子电路 语法规则 定义 调用,(4)子电路应用实例,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,(1)元件描述 C Capacitor D Diode L Inductor M MOSFET Q BJT R Resistor X Subcircuit Call,(2)语法示例,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,(1)常用电源类型 直流源 交流源 脉冲源 分段线性源 正弦源 指数源,(2)瞬态电压源实例 脉冲源 语法 例子 a test of pulse .TRAN 200P 130N VIN IN 0 PULSE 0 5 10N 10N 10N 40N 100N .end,(3)瞬态电压源实例（续） 分段线性源 语法 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)瞬态电压源实例（续） 正弦源 语法 例子 a test of SIN .TRAN 10N 10U VIN IN 0 SIN 2 1 0.5X 1U .end,(5)瞬态电压源实例（续） 指数源 语法 例子 a test of EXP .TRAN 100P 800N VIN IN 0 EXP 0 2 2N 30N 60N 40N .end,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,(1)常用控制语句 直流工作点 直流扫描和直流小信号分析 交流扫描和小信号分析 瞬态分析,(2).OP直流工作点分析 语法格式 .OP 输出某一时间的直流工作点 节点电压 电流源 功率损耗 半导体器件的电流、电导、寄生电容等 图例,(3).DC直流传输特性扫描 语法格式 .DC var1 start1 stop1 incr1 可以进行 直流参数扫描 电源值扫描 温度范围扫描 输出扫描结果(图形) 图例,(4).AC直流传输特性扫描 语法格式 .AC type np fstart fstop 特性 将交流分析变量作为指定频率的函数 先求直流工作点作为交流分析的初值 非线性器件转换为小信号模型 输出扫描结果(图形) 图例,(5).OPTION 控制选项项语句 允许用户重新设置程序的参数或/和控制程序的功能 满足用户的需要或特殊的模拟目的 输出到LIST文件 语法格式 .OPTION opt1 optn为控制选项的名称 一般以optn=x形式出现，x表示控制选项的赋值 排列顺序任意 示例 .OPTION post，用于在终端上显示模拟结果的高分辨率图形曲线 .OPTION acct，在电路模拟过程结束后，提供运行过程统计结果 .OPTION node，输出节点链接表，用于诊断与拓扑相关的不收敛 .OPTION opts，输出当前所有控制选项的设置 .OPTION nomod，禁止输出模型参数，用于减小LIST文件长度,(6).PARAM 参数及表达式定义语句 用来对HSPICE 模拟中的元件和模型所指定的关键字进行赋值 适合要调用不同参数进行模拟的场合 语法格式 .PARAM xx=COSTANT FUNCTION CONSTANT为常数 FUNCTION 为函数 示例 .PARAM m=1 .PARAM WMOD=m*30u,(7).PRINT 打印语句 规定了要输出的变量值 输出到LIST文件 可以输出两变量之间的波形 语法格式 .PRINT antype ov1 anytype可以是DC、AC、TRAN ovn是要输出的变量 示例 .PRINT DC v(vin) i(m1) 输出m1管的转移特性曲线 .PRINT & .PLOT,(8)特殊控制语句 数据测量语句.MEASURE .MEASURE type WHEN MAX 参数替换语句.ALTER 网表执行到.ALTER处获取新参数，并重新执行 二次扫描关键字SWEEP 常与.DC、.AC、.TRAN连用，用以扫描输出一组波形 传递函数计算.TF 计算放大倍数、输入输出电阻 零极点分析.PZ 获取零点极点,内容,H-SPICE概述 H-SPICE网表 Model & Sub circuits Component Source Control 实训,实训一,Hspice安装与配置 单一mos管特