集成电路分析与设计基础 第六章 模拟程序SPICE

Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 第六章第六章集成电路设计模拟程序集成电路设计模拟程序SPICE 6 6.1 .1 电路模拟与电路模拟与SPICESPICE 6 6.2 .2 电路描述语句电路描述语句 6 6.3 .3 电路特性分析和控制语句电路特性分析和控制语句 6 6.4 .4 基本基本SPICESPICE核的工具软件核的工具软件 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 在电路完成以后，设计者面临的问题是：设计电路是否能在电路完成以后，设计者面临的问题是：设计电路是否能 够实现预期的功能？电路中各元器件的参数值设置是否合够实现预期的功能？电路中各元器件的参数值设置是否合 理？这就是所谓验证问题。理？这就是所谓验证问题。 对设计电路的验证对设计电路的验证 1.1.传统方法传统方法 搭实验装置。搭实验装置。 随着集成度的提高，电路规模的扩大，已无法在实随着集成度的提高，电路规模的扩大，已无法在实 验装置上搭接这样的电路。验装置上搭接这样的电路。 即使搭接成功的话，也与实际的集成电路差别太大，即使搭接成功的话，也与实际的集成电路差别太大， 失去其物理验证的意义。失去其物理验证的意义。 无法进行容差分析和极限条件的验证。无法进行容差分析和极限条件的验证。 6.1 电路模拟与电路模拟与SPICE Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 对设计电路的验证对设计电路的验证 2.2.用电路模拟分析的方法在计算机上验证用电路模拟分析的方法在计算机上验证 借助于计算机技术和计算方法的发展。借助于计算机技术和计算方法的发展。 不需要任何实际的元器件和调试工具，可以很方便不需要任何实际的元器件和调试工具，可以很方便 地改变各种条件进行模拟分析。地改变各种条件进行模拟分析。 可以进行各种破坏性的模拟。可以进行各种破坏性的模拟。 设计者可以在设计投入生产制造前就能预测电路的设计者可以在设计投入生产制造前就能预测电路的 实际性能。实际性能。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 对设计电路的验证对设计电路的验证 3.3.最为著名和广为采用的电路模拟程序最为著名和广为采用的电路模拟程序SPICESPICE （Simulation Program with IC EmphasisSimulation Program with IC Emphasis） 其第一版本于其第一版本于19721972年由美国加利福尼亚大学伯克利年由美国加利福尼亚大学伯克利 分校电工和计算机科学系开发完成，常称为分校电工和计算机科学系开发完成，常称为BSPICEBSPICE BSPICEBSPICE是现代各种是现代各种SPICESPICE的前身的前身 其版本不断更新其版本不断更新 SPICESPICE由于其功能强大和源程序公开，已经被广泛的由于其功能强大和源程序公开，已经被广泛的 接受为集成电路模拟的标准软件接受为集成电路模拟的标准软件 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 对设计电路的验证对设计电路的验证 3.3.最为著名和广为采用的电路模拟程序最为著名和广为采用的电路模拟程序SPICESPICE （Simulation Program with IC EmphasisSimulation Program with IC Emphasis） 主要针对由元件、半导体器件、电源等组成的电路主要针对由元件、半导体器件、电源等组成的电路 作分析。作分析。 可以用于电路的直流分析。可以用于电路的直流分析。 如静态工作点、非线性电路、小信号传输函数等。如静态工作点、非线性电路、小信号传输函数等。 可以用于交流小信号分析。可以用于交流小信号分析。 如频域分析、噪声分析等。如频域分析、噪声分析等。 还可用来进行瞬态分析、温度特性分析等。还可用来进行瞬态分析、温度特性分析等。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 采用采用SPICESPICE的的 电路设计流程电路设计流程 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 6.2 电路描述语句电路描述语句 SPICESPICE文件是由一系列文件是由一系列电路描述行电路描述行和和控制行控制行组成的。要使计组成的。要使计 算机正确识别，电路描述语句必须遵循一定的语法规定。算机正确识别，电路描述语句必须遵循一定的语法规定。 SPICESPICE输入描述语句的构成输入描述语句的构成 1.1. 标题语句标题语句 描述文件的第一行，可由任意字符串和字母组成。描述文件的第一行，可由任意字符串和字母组成。 SPICESPICE将第一行作为标题行打印而不作为电路的一部将第一行作为标题行打印而不作为电路的一部 分进行分析。分进行分析。 这一行必须设置这一行必须设置 2.2. 注释语句注释语句 一般形式是“一般形式是“* *”后加字符串。”后加字符串。 注释语句不参与电路的模拟仿真。注释语句不参与电路的模拟仿真。 可以存在于输入文件除第一行和最后一行之间的任可以存在于输入文件除第一行和最后一行之间的任 何位置。何位置。 注释语句注释语句用于便于本人记忆和他人阅读的注释。用于便于本人记忆和他人阅读的注释。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 SPICESPICE输入描述语句的构成输入描述语句的构成 3.3. 电路的描述语句电路的描述语句 定义电路拓扑结构和元件类型及其数值，半导体器定义电路拓扑结构和元件类型及其数值，半导体器 件，电路描述语句等。件，电路描述语句等。 可以出现在文件的第二行到末行结束语句之间的任可以出现在文件的第二行到末行结束语句之间的任 何地方。何地方。 4.4. 电路特性分析和控制语句电路特性分析和控制语句 可以对对电路的特性进行选择分析，如分析频率特可以对对电路的特性进行选择分析，如分析频率特 性等，以及对输出等要求的控制语句。性等，以及对输出等要求的控制语句。 5.5. 结束语句结束语句 标志着电路描述语句的结束。标志着电路描述语句的结束。 格式：格式：“.END(S)”。位于描述语句文件的最后一行。位于描述语句文件的最后一行。 （不是必须）（不是必须） Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 输入描述语句的规定输入描述语句的规定 1.1. 名称名称 第一个字符必须是第一个字符必须是A A到到Z Z的某一个字符，其它位字符的某一个字符，其它位字符 没有限制。没有限制。 前前8 8个字符有效。个字符有效。 在描述元件时第一个字符必须是规定的元件类型字在描述元件时第一个字符必须是规定的元件类型字 母母( (见下表见下表) )。 2.2. 节点编号节点编号 电路的节点编号一般采用正整数，可以不连续。也电路的节点编号一般采用正整数，可以不连续。也 可以用字符串代替节点编号。可以用字符串代替节点编号。 接地点必须规定为接地点必须规定为0 0节点。节点。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 SPICESPICE中元器件名称的首字母中元器件名称的首字母 首字母首字母电路元器件电路元器件首字母首字母电路元器件电路元器件 B砷化镓场效应管砷化镓场效应管L电感电感 C电容电容MMOS场效应晶体管场效应晶体管 D二极管二极管Q双极型晶体管双极型晶体管 E电压控制电压源电压控制电压源R电阻电阻 F电流控制电流源电流控制电流源S电压控制开关电压控制开关 G电压控制电流源电压控制电流源T传输线传输线 H电流控制电压源电流控制电压源V独立电压源独立电压源 I独立电流源独立电流源W电流控制开关电流控制开关 J结型场效应晶体管结型场效应晶体管X子电路子电路 K互感（耦合系数）互感（耦合系数） Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 输入描述语句的规定输入描述语句的规定 3. 元件参数值元件参数值 元件参数值写在与该元件相连的节点后面，其值可用整数、浮元件参数值写在与该元件相连的节点后面，其值可用整数、浮 点数书写，后面可跟比例因子和单位后缀。点数书写，后面可跟比例因子和单位后缀。 比例因子后缀有：比例因子后缀有： F1E-15；P=1E-12；N=1E-9；U=1E-6；MIL=25.4E-6； M=1E-3；K=1E3；MEG1E6；GlE9；T=1E12。 比例因子后缀与它前面的数相乘后即得到该语句所描述的元件比例因子后缀与它前面的数相乘后即得到该语句所描述的元件 的参数值。的参数值。 单位后缀有：单位后缀有： V=伏伏 ；A安安 ； HZ赫兹赫兹 ； OHM欧欧 （ ）；）； H=亨亨 ； F=法法 ； DEG=度。度。 元件值的第一个后缀总是比例因子后缀，然后是单位后缀。元件值的第一个后缀总是比例因子后缀，然后是单位后缀。 如果没有比例因子后缀，那么头一个后缀就可能是单位后缀，如果没有比例因子后缀，那么头一个后缀就可能是单位后缀， SPICE总是忽略单位后缀。总是忽略单位后缀。 没有比例后缀和单位后缀的情况下，没有比例后缀和单位后缀的情况下，SPICE将电压、电流、频将电压、电流、频 率、电感、电容和角度的量纲分别默认为伏、安、赫兹、亨、率、电感、电容和角度的量纲分别默认为伏、安、赫兹、亨、 法和度。法和度。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 输入描述语句的规定输入描述语句的规定 4. 分隔符分隔符 用以区分一行语句的不同部分。用以区分一行语句的不同部分。 空格、逗号、等号、左括号、右括号等都可以作为分空格、逗号、等号、左括号、右括号等都可以作为分 隔符，多余的分隔符是无效的。隔符，多余的分隔符是无效的。 5. 续行号续行号 一般一行最多有一般一行最多有80个字符。个字符。 第二行的开始加上“”号，表示是第一行的继续。第二行的开始加上“”号，表示是第一行的继续。 6. 方向方向 规定支路电路的正方向和支路电压的正方向一致。规定支路电路的正方向和支路电压的正方向一致。 7. 不能分析的问题不能分析的问题 电路中不能包含以下部分：电压源回路、电感回路、电路中不能包含以下部分：电压源回路、电感回路、 电压源和电感组成的回路、开路的电流源和电压源和电感组成的回路、开路的电流源和(或电容或电容)。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 示例示例 * SPICE netlist written by S-Edit Win32 10.10 * Written on Mar 25, 2011 at 13:57:18 *Waveform probing commands .probe .options probefilename=“File0.dat“ + probesdbfile=“File0.sdb“ + probetopmodule=“Module0“ * Main circuit: Module0 R1 1 2 5K * End of main circuit: Module0 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 元件描述语句元件描述语句 1.1.电阻电阻R R 格式：格式：RXXXXXXX N+ NRXXXXXXX N+ N VALUEVALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -是电阻在电路中连接的两个节点；是电阻在电路中连接的两个节点； VALUEVALUE是电阻值，单位为是电阻值，单位为，可正可负但不能为可正可负但不能为0 0； TC1TC1和和TC2TC2为温度系数。为温度系数。 如：如：R1 1 2 100R1 1 2 100 电阻名称：电阻名称：R1R1，处于节点处于节点1 1与与2 2之间，之间， 阻值为：阻值为：100100； Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 电阻电阻R R1 12 17 50K TC=0.001,0.015 电阻名称：电阻名称：R1，处于节点处于节点12与与17之间，之间， 阻值为：阻值为：501+0.001(T-25)+0.015(T-25)2 (K) Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 格式：格式：CXXXXXXX N+ NCXXXXXXX N+ N- - VALUE VALUE LXXXXXXX N+ NLXXXXXXX N+ N- - VALUE VALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -分别是元件在电路中连接的正负点；分别是元件在电路中连接的正负点； VALUEVALUE是单位为是单位为F F的电容值，或单位为的电容值，或单位为H H的电感值；的电感值； 对于瞬态分析对于瞬态分析( (TRAN)TRAN)用到用到UICUIC时要给出初始条件：对时要给出初始条件：对 于电容为于电容为t=0t=0时的电容电压，单位为时的电容电压，单位为V V；对于电感为对于电感为 t=0t=0时的电感电流，单位为时的电感电流，单位为A A，从从N+N+流向流向N N- -。 2.2.电容电容C C和电感和电感L L Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 电容电容C和电感和电感L 如：如：C1 2 3 100PF IC=3V 电容名称：电容名称：C1，处于节点处于节点2(+)与与3(-)之间，之间， 电容值为：电容值为：100PF，当当t=0时的电容电压为时的电容电压为3V。 L2 20 10 1NH IC=1MA 电感名称：电感名称：L2，处于节点处于节点20(+)与与10(-)之间，之间， 电容值为：电容值为：1NH，当当t=0时的电感电流为时的电感电流为1MA。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 对于非线性电容对于非线性电容C C和电感和电感L L定义格式如下：定义格式如下： CXXXXXXX N+ NCXXXXXXX N+ N- - POLY C0 C1 C2 POLY C0 C1 C2 LXXXXXXX N+ NLXXXXXXX N+ N- - POLY L0 L1 L2 POLY L0 L1 L2 说明：说明：C0 C1 C2 C0 C1 C2 (L0 L1 L2 (L0 L1 L2 ) )为元件多项式表达的系数，为元件多项式表达的系数， 对于电容，表达式为两端电压对于电容，表达式为两端电压V V的函数，即：的函数，即： VALUE=C0+C1VALUE=C0+C1V+C2V+C2V V2 2+ + 对于电感，表达式为通过电流对于电感，表达式为通过电流I I的函数，即：的函数，即： VALUE=L0+L1VALUE=L0+L1I+L2I+L2I I2 2+ + Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 3. 互感互感K 格式：格式：KXXXXXXX LYYYYYYY LZZZZZZZ VALUE KXXXXXXX LYYYYYYY LZZZZZZZ VALUE 说明：说明：LYYYYYYYTLYYYYYYYT和和LZZZZZZZLZZZZZZZ是两个耦合电感的名称；是两个耦合电感的名称； VALUEVALUE是互感系数是互感系数K K，它必须大于它必须大于0 0，小于小于1 1。 如：如： KOUT LPRI LSEC 0.85 KOUT LPRI LSEC 0.85 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 4.4. 理想理想( (无损耗无损耗) )传输线传输线 格式：格式：TXXXXXXX N1 N2 N3 N4 Z0=VALUE I2 或或TXXXXXXX N1 N2 N3 N4 Z0=VALUE I2 说明：说明：N1N1和和N2N2是端口是端口1 1的正、负节点，的正、负节点，N3N3和和N4N4是端口是端口2 2的正、负节点；的正、负节点； Z0Z0是特征阻抗；是特征阻抗； TDTD是传输线延迟；是传输线延迟； F F为频率；为频率； NLNL为频率为频率F F时的相对于传输线波长的归一化电学长度；时的相对于传输线波长的归一化电学长度； ICIC为确定每个端口的电压和电流，只有在为确定每个端口的电压和电流，只有在TRANTRAN中用到中用到UICUIC才有效。才有效。 如：如： TIN 1 0 2 0 Z0=50 TD=100PS TIN 1 0 2 0 Z0=50 TD=100PS Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 5. 电压控制开关电压控制开关 语法格式为：语法格式为： SXXXXXXX N+ N-NC+ NC-(ON) (OFF)* 说明：说明：N+和和N-分别是开关的正、负节点；分别是开关的正、负节点； NC+和和NC-分别是控制端的正、负节点；分别是控制端的正、负节点； 标标*号表示可选的开关初始条件。号表示可选的开关初始条件。 6. 电流控制开关电流控制开关 语法格式为：语法格式为： WXXXXXXX N+ N- VNAME 说明：说明：N+和和N-分别是开关的正、负节点；分别是开关的正、负节点； VNAME是控制电流流过的电压源名称。是控制电流流过的电压源名称。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 半导体器件描述语句半导体器件描述语句 半导体器件半导体器件( (包括二极管、双极性三极管、场效应管包括二极管、双极性三极管、场效应管) )常常常常 用一套器件模型参数来进行定义。因此，需要用一条独立的用一套器件模型参数来进行定义。因此，需要用一条独立的 .MODEL语句来定义一套器件模型参数语句来定义一套器件模型参数,并指定一个专用的模型并指定一个专用的模型 名。然后，名。然后，SPICE中的器件描述语句就可以引用这个模型名。中的器件描述语句就可以引用这个模型名。 其语句格式为：其语句格式为： DeviceName NodeNames ModelName ElementParametersDeviceName NodeNames ModelName ElementParameters Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 1. 二极管二极管D 格式：格式：DXXXXXXX N+ NDXXXXXXX N+ N- - MNAME MNAME 说明：说明：N+N+和和N N- -分别是分别是D D在电路中连接的正负节点；在电路中连接的正负节点； MNAMEMNAME是模型名；是模型名； AREAAREA是面积因子，如果省去，为默认值是面积因子，如果省去，为默认值1.01.0； OFFOFF表示在直流分析时器件上所加的初始条件为关态；表示在直流分析时器件上所加的初始条件为关态； ICIC表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，IC=VDIC=VD为初为初 始条件，但必须和始条件，但必须和. .TRANTRAN语句的语句的UICUIC可选项连用。可选项连用。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 二极管二极管D 如：如： D1 2 10 DIODE DCLMP 2 7 DMOD area=3.0 IC=0.2 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 2. 双极性三极管双极性三极管BJT 格式：格式：QXXXXXXX NC NB NEMNAMEQXXXXXXX NC NB NEMNAME 说明：说明：NCNC、NBNB和和NENE分别是集电极、基极和发射极节点；分别是集电极、基极和发射极节点； NSNS是可选的衬底节点，如果省去，默认值为是可选的衬底节点，如果省去，默认值为0 0； MNAMEMNAME是模型名；是模型名； AREAAREA是面积因子，如果省去，默认值为是面积因子，如果省去，默认值为1.01.0； OFFOFF表示在表示在DCDC分析时器件上的一个起始条件；分析时器件上的一个起始条件； ICIC表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，IC=VBEIC=VBE， VCEVCE为初始条件，但必须和为初始条件，但必须和. .TRANTRAN语句的语句的UICUIC选项连用。选项连用。 如：如：Q23 10 20 25 QMOD IC=0.6,5.0Q23 10 20 25 QMOD IC=0.6,5.0 QA1 11 26 3 8 MOD1QA1 11 26 3 8 MOD1 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 双极性三极管双极性三极管BJT 如：如： Qnpn1 14 15 16 NPN area=2 Qpnp1 13 12 11 PNP area=1.5 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 3. 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管MOS 格式：格式：MXXXXXXX ND NG NS NB MNAMEMXXXXXXX ND NG NS NB MNAME + 说明：说明：NDND、NGNG、NSNS和和NBNB分别是漏极、栅极、源极和衬底节点；分别是漏极、栅极、源极和衬底节点； MNAMEMNAME是模型名；是模型名； L L和和W W分别是分别是MOSMOS的栅长和栅宽；的栅长和栅宽； ADAD和和ASAS分别是漏极和源极分别是漏极和源极PNPN结的扩散面积；结的扩散面积； PDPD和和PSPS分别是漏极和源极分别是漏极和源极PNPN结的周长；结的周长； NRDNRD和和NRSNRS分别是漏极和源极扩散区等效电阻的方块数，默认值为分别是漏极和源极扩散区等效电阻的方块数，默认值为1 1； OFFOFF表示在表示在DCDC分析时器件上的一个起始条件；分析时器件上的一个起始条件； ICIC表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，IC=VDSIC=VDS， VGSVGS为初始条件，但必须和为初始条件，但必须和. .TRANTRAN语句的语句的UICUIC选项连用。选项连用。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 源扩散源扩散 区面积区面积 漏扩散漏扩散 区面积区面积 多晶硅多晶硅 漏扩散区漏扩散区 源扩散区源扩散区 a b 衬底衬底 俯视图俯视图 Cjp Cjp Cjp Cjp Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管MOS M1 N3 N2 N1 N4 NMOS L=3u W=15u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M2 N7 N6 N5 N8 PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 4. 结型场效应管结型场效应管JFET 格式：格式：JXXXXXXX ND NG MNAMEJXXXXXXX ND NG MNAME 说明：说明：NDND、NGNG和和NSNS分别是漏极、栅极和源极节点，如果源极节点省去分别是漏极、栅极和源极节点，如果源极节点省去 ，则默认为，则默认为0 0； MNAMEMNAME是模型名；是模型名； AREAAREA是面积因子，如果省去，默认值为是面积因子，如果省去，默认值为1.01.0； OFFOFF表示在表示在DCDC分析时器件上的一个起始条件；分析时器件上的一个起始条件； ICIC表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，表示瞬态分析从静态工作点外的某处开始，IC=VDSIC=VDS， VGSVGS为初为初 始条件，但必须和始条件，但必须和. .TRANTRAN语句的语句的UICUIC选项连用。选项连用。 如：如：J23 7 3 2 JM1 OFFJ23 7 3 2 JM1 OFF 5.5. 半导体电阻器、电容器：同前面的元件描述。半导体电阻器、电容器：同前面的元件描述。 RXX N1 N2 RXX N1 N2 CXX N1 N2 CXX N1 N2 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 电源描述语句电源描述语句 V 独立电压源独立电压源 I 独立电流源独立电流源 H 电流控制电压源电流控制电压源 F 电流控制电流源电流控制电流源 G 电压控制电流源电压控制电流源 E 电压控制电压源电压控制电压源 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 独立电源独立电源 格式：格式：VXXXXXXX N+ NVXXXXXXX N+ N- - DC/TRAN VALUE DC/TRAN VALUE 或或IXXXXXXX N+ NIXXXXXXX N+ N- - DC/TRAN VALUE DC/TRAN VALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -分别是电源的正负节点，正电流方向规定从正节点通过电源流分别是电源的正负节点，正电流方向规定从正节点通过电源流 向负节点，正值的电流源是强制电流从正节点流出，负节向负节点，正值的电流源是强制电流从正节点流出，负节 点流入。点流入。 DC/TRANDC/TRAN是电源的直流和瞬态值，如果两值均为是电源的直流和瞬态值，如果两值均为0 0 ，则可省略，如则可省略，如 果电源值不变，其果电源值不变，其DCDC标识符则可有可无。标识符则可有可无。 ACMAGACMAG和和ACPHASEACPHASE分别是分别是ACAC信号的幅度与相位，它们用于电路的信号的幅度与相位，它们用于电路的ACAC分分 析。如果在析。如果在ACAC标识符后省略标识符后省略ACMAGACMAG，它的值就假定为它的值就假定为1 1；如；如 果省略果省略ACPHASEACPHASE，它的值就假定为它的值就假定为0 0。如果该电源不是一个。如果该电源不是一个 交流小信号输入，交流小信号输入，ACAC、ACMAGACMAG和和ACPHASEACPHASE均省略。均省略。 任何一个电源均可设定为时变信号源，用于瞬态分析；时间等于任何一个电源均可设定为时变信号源，用于瞬态分析；时间等于0 0 时的值就用于时的值就用于DCDC分析。分析。 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 1. 直流源直流源 VXXXXXXX N+ N- VALUE IXXXXXXX N+ N- VALUE 2. 交流源交流源 VXXXXXXX N+ N- AC IXXXXXXX N+ N- AC Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 直流源直流源 i1 C D 5uA v2 A B 5.0 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 交流源交流源 i3 G H 0.0 AC 1.0 0.0 v5 E F 0.0 AC 1.0 0.0 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 3. PULSE3. PULSE-脉冲源脉冲源 格式：格式：V/IXXXXXXX N+ NV/IXXXXXXX N+ N- - PLUSE (V1 V2 TD TR TF PW PER)PLUSE (V1 V2 TD TR TF PW PER) 说明：如下表和图所示。说明：如下表和图所示。 参数参数意义意义默认值默认值单位单位 V1(I1)初始值初始值-V(A) V2(I2)脉冲值脉冲值-V(A) TD延迟时间延迟时间0.0s TR上升时间上升时间TSTEPs TF下降时间下降时间TSTEPs PW脉冲宽度脉冲宽度TSTOPs PER周期周期TSTOPs 其中，其中，TSTEPTSTEP和和TSTOPTSTOP是由瞬态分析语句是由瞬态分析语句. .TRANTRAN中定义的分析步长和中止时间中定义的分析步长和中止时间 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 脉冲源脉冲源 如：如： VP A GND PULSE (0 5 0 5n 10n 20n 50n) Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 4. SIN4. SIN( (Sinusoidal Waveform)Sinusoidal Waveform)-正弦波正弦波 格式：格式：V/IXXXXXXX N+ NV/IXXXXXXX N+ N- - SIN (VO VA FREQ TD ALPHA PHASE)SIN (VO VA FREQ TD ALPHA PHASE) 说明：如表所示。说明：如表所示。 Hz1/TSTOP频率频率FREQ 1/s0.0阻尼因子阻尼因子ALPHA s0.0延迟时间延迟时间TD V(A)-幅值幅值VA V(A)-偏移值偏移值VO 单位单位默认值默认值意义意义参数参数 PHASE度度0.0相位延迟相位延迟 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 SIN(Sinusoidal Waveform)-正弦波正弦波 如：如： VS A GND SIN (2 5 20Meg 0 5meg 90)VS A GND SIN (2 5 20Meg 0 5meg 90) 其波形为：其波形为： V(t)=VO+VA*SIN2*(FREQ*(TV(t)=VO+VA*SIN2*(FREQ*(T- -TD)+PHASE/360)*EXP(TD)+PHASE/360)*EXP(- -(T(T- -TD)*ALPHA)TD)*ALPHA) = =2 2+ +5 5*sin2*sin2202010106 6(t(t- -0 0)+)+9090/360e/360e- -(t (t- -0 0)*)*5 510106 6 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 5. EXP(Exponential Waveform)-指数波指数波 格式：格式：V/IXXXXXXX N+ NV/IXXXXXXX N+ N- - EXP (V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2)EXP (V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2) 说明：说明： 参数参数意义意义默认值默认值单位单位 V1初始值初始值-V(A) V2脉冲值脉冲值-V(A) TD1上升延迟时间上升延迟时间0.0S TAU1上升延迟常数上升延迟常数TSTEPs TD2下降延迟时间下降延迟时间TD1+TSTEPs TAU2下降延迟常数下降延迟常数TSTEPs Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 EXP(Exponential Waveform)-指数指数 如：如： VE A GND EXP (4 1 30N 2N 60N 40N)VE A GND EXP (4 1 30N 2N 60N 40N) 其波形为：其波形为： V(t)=V1+(V2V(t)=V1+(V2- -V1)(1V1)(1- -EXP(EXP(- -(T(T- -TD1)/TAU1)+(V1TD1)/TAU1)+(V1- -V2)(1V2)(1- -EXP(EXP(- -(T(T- -TD2)/TAU2)TD2)/TAU2) = =4 4+(+(1 1- -4 4) )11- -e e- -(t (t- -3 31010- -8 8)/()/(2 21010- -9 9) )+ ( + (4 4- -1 1) )11- -e e- -(t (t- -6 61010- -8 8)/()/(4 41010- -8 8) ) Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 6. PWL(Piecewise Liner Waveform)-分段线性源分段线性源 格式：格式：V/IXXXXXXX N+ NV/IXXXXXXX N+ N- - PWL (T1 V1) 说明：说明：每对值确定该时刻的电压每对值确定该时刻的电压( (电流电流) )值。中间值由线性插值来确定。值。中间值由线性插值来确定。 如：如：VPWL A GND PWL (0 5 10n 8 30n 3 50n 0 100n 10)VPWL A GND PWL (0 5 10n 8 30n 3 50n 0 100n 10) Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 7. SFFM(Single Frequency-Modulated Waveform)-单频调频波单频调频波 格式：格式：V/IXXXXXXX N+ NV/IXXXXXXX N+ N- - SFFM (VO VA FC MDI FS)SFFM (VO VA FC MDI FS) 说明：如下表所示。说明：如下表所示。 参数参数意义意义默认值默认值单位单位 V0(I0)直流偏移值直流偏移值-V(A) VA(IA)载波幅度载波幅度-V(A) FC载波频率载波频率1/TSTOPHz MDI调制指数调制指数0- FS调制信号频率调制信号频率1/TSTOPHz 如：如： VIN 8 0 SFFM (0 10 20MEG 5 1MEG)VIN 8 0 SFFM (0 10 20MEG 5 1MEG) 其波形为：其波形为： V(t)=VO+VA*SIN(2*FC*T)+MDI*SIN(2*FS*T)V(t)=VO+VA*SIN(2*FC*T)+MDI*SIN(2*FS*T) =10sin(4=10sin(410107 7t)+5sin(2t)+5sin(210106 6t)t) Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 SFFMSFFM( (Single FrequencySingle Frequency- -Modulated Waveform)Modulated Waveform)-单频调频波单频调频波 如：如： VIN 8 0 SFFM (0 10 20MEG 5 1MEG)VIN 8 0 SFFM (0 10 20MEG 5 1MEG) 其波形为：其波形为：V(t)=VO+VA*SIN(2*FC*T)+MDI*SIN(2*FS*T)V(t)=VO+VA*SIN(2*FC*T)+MDI*SIN(2*FS*T) =10sin(4=10sin(410107 7t)+5sin(2t)+5sin(210106 6t)t) Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 1. 电压控制电压源电压控制电压源(电压控制开关电压控制开关) 格式：格式：EXXXXXXX N+ NEXXXXXXX N+ N- - NC+ NCNC+ NC- - VALUEVALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -是受控源的正负节点；是受控源的正负节点； NC+NC+和和NCNC- -是控制端口的正负节点；是控制端口的正负节点； E E的的VALUEVALUE是无量纲的电压增益。是无量纲的电压增益。 如：如：E1 2 3 10 0 2.0E1 2 3 10 0 2.0 Voltage Controlled Voltage Source N+N+ N N- - NC+NC+ NCNC- - 线性受控源线性受控源 Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 2. 电压控制电流源电压控制电流源(电压控制开关电压控制开关) 格式：格式：GXXXXXXX N+ NGXXXXXXX N+ N- - NC+ NCNC+ NC- - VALUEVALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -是受控源的正负节点；是受控源的正负节点； NC+NC+和和NCNC- -是控制端口的正负节点是控制端口的正负节点 VALUEVALUE是单位为是单位为S S的跨导值。的跨导值。 如：如：G1 2 0 4 0 0.1MSG1 2 0 4 0 0.1MS； Voltage Controlled Current Source N+N+ N N- - NC+NC+ NCNC- - Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 3. 电流控制电压源电流控制电压源(电流控制开关电流控制开关) 格式：格式：HXXXXXXX N+ NHXXXXXXX N+ N- - VNAME VALUEVNAME VALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -是受控源的正负节点；是受控源的正负节点； VNAMVNAM是控制电流流过的电流源名称；是控制电流流过的电流源名称； VALUEVALUE是单位为是单位为的电阻值。的电阻值。 如：如：H1 8 15 VZ 0.5KH1 8 15 VZ 0.5K Current Controlled Voltage Source N+N+ N N- - Fundamentals of IC Analysis and Design (6) 材料与能源学院微电子材料与工程系材料与能源学院微电子材料与工程系 4. 电流控制电流源电流控制电流源(电流控制开关电流控制开关) 格式：格式：FXXXXXXX N+ NFXXXXXXX N+ N- - VNAM VALUEVNAM VALUE 说明：说明：N+N+和和N N- -是受控源的正负节点；是受控源的正负节点； VNAMVNAM是控制电流流过的电流源名称；是控制电流流过的电流源名称； VALUEVALUE是无量纲的电流增益。是无量纲的电流增益。 如：如：F1 10 5 VSENS