WinSpice使用.docx

WinSpice仿真器的使用1.SPICE仿真器的介绍SPICE是集成电路通用模拟程序的简称，是一种能够进行非线性直流，非线性瞬态和线性交流分析的通用电路仿真程序。电路一般包含电阻、电感、电容、互感、独立电压电流源，四种受控源、无损和有损传输线、开关、和五中常用的半导体器件：二极管、双极性晶体管，结型场效应管、金属半导体场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管。SPICE诞生于加州大学伯克利分校，是最著名的电路仿真器。此外，大约有30多种电路仿真器都是源于SPICE。其中之一就是我们使用的WinSpice仿真器。WinSpice的优势在于对于使用者要仿真的电路没有规模限制，WinSpice是功能十分强大，但是非常基础的电路仿真器。所以要求使用者去了解一些仿真器的细节。例如以网表文件为例，使用者不能像使用其他仿真器那样，通过原理图输入获得复杂电路的仿真结果。虽然WinSpice仿真器不像其他一些仿真器允许用户手动绘制原理图，然后再进行电路仿真，但是它直接使用网表输入的特性，十分符合我们要进行模拟电路自动化设计的要求。首先我们使用代码演化出电路网表文件，然后使用Matlab来调用WinSpice进行电路仿真，仿真结束后，程序获取WinSpice的仿真结果进行电路评价。2.WinSpice的使用进行电路仿真的一般步骤如下：1. 画出电路原理图，给各节点进行编号和元器件进行命名，以便电路网表的书写。2. 使用一些专业的文本编辑工具进行电路网表文件的书写，通常使用的文本编辑工具有（Notepad,Editplus）。文件名必须满足*.Cir的格式。*代表任意文件名称，.cir是文件的扩展名。电路的网表文件通常由两部分构成。(1) 电路描述部分(2) 电路分析和控制部分3. 运行WinSpice4. 对电路进行评价，通常可以使用WinSpice绘制出电路的输出结果或者将结果保存到文件当中。下面给出一个具体的实例，熟悉WinSpice的使用流程。下面开始对上诉电路进行网表文件的书写，文件内容如下：EXAMPLE.CIR.control ;控制部分的标识语句destroy all ;消除以前的全部数据，刷新WinSpiceop ;进行直流工作点分析tran 1E-6 400E-6 0 1E-6 ;执行瞬态（时间域）分析plot v(7) ;画出节点7的输出结果AC DEC 20 1 100K ;执行小信号频率分析plot vdb(7);画出节点7的幅频响应图print vdb(7) output.txt;将输出结果保存到文件当中.endc ;控制快结束语句*Begin circuit descriptionVSIN1 4 0 SIN(0 350E-3 10000 0 0) AC 1 DC 0RS 4 8 600C2 0 5 10E-6RC 6 2 5000 ;testRE 3 5 300RE1 5 0 2500RB2 1 0 12000RB1 6 1 26000C8 2 7 1E-6VC 6 0 15R12 7 0 10000C13 8 1 1E-6Q0 2 1 3 MQ0 1.MODEL MQ0 NPN (BF=100 IS=1E-15).END关于此网表有几个关键点需要关注：-第一行是网表文件名-.END必须在在最后一行-注释在网表中有两种表示方式(1)在一个空白行中，以*开头(2)在一个命令行之后，以;开头-电路描述部分的作用是告诉WinSpice电路中的元器件类型，元器件的值，和元器件的连接关系。-电路控制分析部分的作用是告诉WinSpice需要执行哪种类型的分析，需要输出哪种类型值。-对于那些简单的器件如电阻、电容、电感等只需要知道连接点和器件值就行，但是对于那些半导体器件除了基本的器件连接点还得知道采用哪种器件模型，如上诉例子中的.model的作用就是确定BJT管采用的模型。写好网表文件之后，接下来就是进行WinSpice仿真。(1) 运行WinSpice，打开WinSpice仿真器的交互式界面，如下所示：(2) 打开网表文件，同过菜单栏上的FILE-OPEN(3) 当找到对应的网表文件，并且代开后，这些步骤就会发生电路和控制部分读入WinSpice中控制部分的分析过程完成显示输出结果结果如下所示：3.WinSpice的网表文件语法简述3.1电路描述部分电路描述部分的作用是告诉WinSpice电路中的元器件类型，元器件的值，和元器件的连接关系。一般来说电路节点可以用任意的数字或者字符来表示，但是接地点必需使用0来标识。详细的原件描述语句我们可以在WinSpice手册中可以查到，这里简单叙述几种常见的元器件描述语句。1.电阻Rxxx Example: R1 1 2 1kxxx可以代表任何数字和字符，至少要使用一个。代表的是电路的连接点，代表的是电阻值。2.电感Cxxx C1 3 4 1e-63.电感Lxxx LR 5 4 1m4.独立电压源Vxxx DC AC phase transient +specification括号中的内容是必需的，括号中的内容是可选的。表示如果选择了可选内容中的内容必需有。表示连接点，DC表示电压源的直流电压，AC表示交流电压，tran表示瞬态分析。Some examples are:VBIAS 13 0 DC 3mVVAC 2 3 AC 0.001VACPHS 2 3 AC 0.001 90VPULSE 1 0 PULSE (-1mV 1mV 2ns 2ns 50ns 100ns)V3 26 27 DC 0.002 AC 1 SIN(0.002 0.002 1.5MEG)任何独立源，为了瞬态分析，可以给与一个随时间变化的值。如果源随时间而变，那么时间为零时可以用作直流分析。有五种独立源函数：秒冲、指数、正弦、分段线性和单频调制。1. 脉冲源PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER)举例：VIN 3 0 PULSE(-1 1 2NS 2NS 2NS 50NS 100NS)V1 初始电压值V2 脉冲电压值TD 延时时间TR 上升时间TF 下降时间PW 脉冲宽度PER 周期2. 正弦源SIN(V0 VA FREQ TD THETA)举例：VIN 3 0 SIN(0 1 100MEG 1NS 1E10)VO 偏置电压VA 幅度FREQ 频率TD 延时THETA 阻尼因子5. 独立电流源Ixxx DC AC phase transient + specificationSome examples are:IBIAS 13 0 2.3mVIAC 2 3 AC 0.001IACPHS 2 3 AC 0.001 90IPULSE 1 0 PULSE (-1mV 1mV 2ns 2ns 50ns 100ns)分析过程同独立电压源6. 晶体管（以BJT管为例）Qxxxx 举例：Q1 1 2 3 PNPTYPE.MODEL PNPTYPE PNP (IS=1e-15 NF=0.8 BF=80 VAF=125)3.2控制分析部分控制分析语句在.control 和.endc之间。1. 交流分析（ac analysis）AC 扫描类型，扫描类型有三种，LIN,OCT,DEC。LIN 线性变化；OCT 倍频程变化；DEC表示数量级变化举例：AC DEC 20 1MEG 100MEG；表示其实频率为1MEG,终止频率为100MEG，以10为一个数量级，每个数量级分为20份，总共2*20=40个采样点。AC LIN 101 100 200; 表示其实频率为100,终止频率为200，以1为一个数量级，总共101个采样点。AC OCT 10 1k 16k; 表示其实频率为1k,终止频率为16k，总共有4个倍频区间，有4*10=40个采样点。2. 直流分析（dc analysis）DC 要分析的变量名称起始电压值终止电压值电压增量3. 瞬态分析（transient analysis）TRAN no-print valuestep ceiling value 是行打印机输出的打印或作图增量。终止时间4.基于WinSpice的模拟电路自动化设计概述现代的电子系统采用模拟电路作为它们与外部世界的接口子电路，可以说模拟电路是现代电子系统中不可或缺的一部分。随着电子技术的飞速发展，人们已经可以较轻松地设计出符合要求的数字电路，然而模拟电路设计仍是一项十分复杂的需要设计者基于自己的知识，经验，花费大量时间的工程。众所周知,一个ASIC芯片中模拟电路仅占约10%的比例,但所需的设计时间却超过了另外90%的数字电路,这一现状促使人们广泛开展模拟电路设计自动化技术的 研究。早期的一些学者基于电路方程式设计了一些模拟电路的综合工具，包括IDAC、OPASYN、OASYS等。然而对于一个比较复杂的模拟电路，写出其电路方程式要花费大量的时间，而且需要专业的设计人员的经验知识，而且由于对器件模型的简化还存在精度问题，这种方法同样不利于自动化，所以后来的一些学者利用模拟退火等优化算法来进行模拟电路自动化设计，如ASTRX/OBLX。随着进化算法和SPICE仿真器的广泛使用，人们开始将SPICE仿真和进化算法运用到模拟电路自动化设计中。如KOZA使用遗传规划算法（GP）和SPICE仿真搭建了