WinSpice使用

精品文档 1欢迎下载 WinSpiceWinSpice 仿真器的使用仿真器的使用 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 2 WinSpiceWinSpice 的使用的使用 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 WinSpice 4 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 精品文档 2欢迎下载 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 WinSpice op 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 description VSIN1 4 0 SIN 0 350E 3 10000 0 0 AC 1 DC 0 RS 4 8 600 C2 0 5 10E 6 RC 6 2 5000 test RE 3 5 300 RE1 5 0 2500 RB2 1 0 12000 RB1 6 1 26000 C8 2 7 1E 6 VC 6 0 15 精品文档 3欢迎下载 R12 7 0 10000 C13 8 1 1E 6 Q0 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 精品文档 4欢迎下载 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 精品文档 5欢迎下载 3 WinSpice3 WinSpice 的网表文件语法简述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 1k xxx 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 精品文档 6欢迎下载 2 电感 Cxxx C1 3 4 1e 6 3 电感 Lxxx LR 5 4 1m 4 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 3mV VAC 2 3 AC 0 001 VACPHS 2 3 AC 0 001 90 VPULSE 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 精品文档 7欢迎下载 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 specification Some examples are IBIAS 13 0 2 3mV IAC 2 3 AC 0 001 IACPHS 2 3 AC 0 001 90 IPULSE 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 精品文档 8欢迎下载 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 value step ceiling value 是行打印机输出的打印或作图增量 终止时间 4 4 基于基于 WinSpiceWinSpice 的模拟电路自动化设计概述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 仿真搭建了一个模拟电路自动化设计平台 随后 Lohh 利用遗 传算法 GA 进行模拟电路自动化设计 基于 WinSpice 与遗传算法的模拟电路自动化设计的基本流程如 下 精品文