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 lu 内容 H SPICE概述H SPICE网表Model SubcircuitsComponentSourceControl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 SubcircuitsComponentSourceControl实训 1 SPICE背景SPICE SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis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 SubcircuitsComponentSourceControl实训 1 电路与网表 COMPONENTSm1voutvin00mnw 30Ul LMODm2vout1vddvddmpw 10Ul 1um311vddvddmpw 10Ul 1uclvout010piref10100u SOURCESvddvdd0dc5vinvin0dcVMODac1 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 GLOBALVDDVSS 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 SubcircuitsComponentSourceControl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NMOSLEVEL 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 CSMC0 5umCMOS 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 SubcircuitsComponentSourceControl实训 1 元件描述CCapacitorDDiodeLInductorMMOSFETQBJTRResistorXSubcircuitCall 2 语法示例 内容 H SPICE概述H SPICE网表Model SubcircuitsComponentSourceControl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atestofpulse TRAN200P130NVININ0PULSE0510N10N10N40N100N end 3 瞬态电压源实例 续 分段线性源语法例子atestofPWL TRAN10N10UVININ0PWL00 510n0 520n4 52u4 52 01u0 54u0 54 01u 2 496u2 496 01u2 68u2 68 01u2 410u2 4 end 4 瞬态电压源实例 续 正弦源语法例子atestofSIN TRAN10N10UVININ0SIN210 5X1U end 5 瞬态电压源实例 续 指数源语法例子atestofEXP TRAN100P800NVININ0EXP022N30N60N40N end 内容 H SPICE概述H SPICE网表Model SubcircuitsComponentSourceControl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 DCvar1start1stop1incr1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 ACtypenpfstartfstop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 OPTIONopt1optn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 OPTIONpost 用于在终端上显示模拟结果的高分辨率图形曲线 OPTIONacct 在电路模拟过程结束后 提供运行过程统计结果 OPTIONnode 输出节点链接表 用于诊断与拓扑相关的不收敛 OPTIONopts 输出当前所有控制选项的设置 OPTIONnomod 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 PARAMxx COSTANT FUNCTIONCONSTANT为常数FUNCTION为函数示例 PARAMm 1 PARAMWMOD 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 PRINTantypeov1anytype可以是DC AC TRANovn是要输出的变量示例 PRINTDCv 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 MEASUREtypeWHEN 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 SubcircuitsComponentSourceControl实训 实训一 Hspice安装与配置单一mos管特性分