第四讲HSPICE.ppt

1,第四讲HSPICE网表的语法(续),2,纲要,3,电路描述语句,元件描述语句激励源描述语句子电路描述语句（.SUBCKT或.MACRO语句）模型描述语句(.MODEL语句)库文件调用及定义语句(.LIB语句),4,激励源,独立源独立电压源(V)和独立电流源(I)源控源电压控制电压源(E)电流控制电流源(F)电压控制电流源(G)电流控制电压源(H),5,源控源,电压控制电压源(E),电流控制电流源(F),电压控制电流源(G),电流控制电压源(H),一般形式:E(FGH)XXXN+N-NC+NC-GAIN_VALUE,6,源控源有关说明,HSPICE中具有的四种电压和电流控制元件，通称为E、F、G和H元件。在HSPICE中用这些控制元件能够模拟MOS晶体管、双极型晶体管、隧道二极管和可控硅整流器，此外还能对一些功能块，诸如运放、加法器、比较器、压控振荡器、调制解调器和开关电容电路等进行模拟。控制元件有线性和非线性两类。非线性以及延迟等特性我们不再详细讲述,7,元件与激励源描述小结,一般格式：名称节点无源元件的描述(R、C、L、K、T)R(C,L,K,T)n1n2valueparameter：几何参数，初始值的设定，温度设定,8,元件与激励源描述小结,独立源的描述V(I)n+n-typevaluetype：DC,AC,PULSESINEXPPWLSFFM,AMvalue：电压或电流值，时间，周期等源控源的描述E(FGH)n+n-nc+nc-value,9,举例1,例1：一个简单的晶体管放大电路，所有的元件、激励源、它们的值或模型以及各个节点的定义均已标在图中，请写出本电路的网表(不写命令行，用省略)。其中，RC的温度因子TC1=0.02,TC2=0,一个简单的晶体管放大电路,网表的格式：TitleElementsandsourcesCommands.end,10,举例2,混合型小信号等效电路,例2：晶体管放大电路的等效电路。请写出本电路的网表(不写命令行，用省略)。,11,举例3,例3：CMOS反相器。请写出本电路的网表(不写命令行，用省略)。其中VCC=5V,VIN为脉冲源，低电压0.2，高电压4.8，延迟时间2ns，上升下降时间为1ns，脉宽5ns，周期20ns。PMOS，NMOS，沟道长度为1um，宽度20us。,12,13,举例1(续),一个简单的晶体管放大电路,asingleNPNcommon-emiitterAMPVBB100.87VCC5010VS21AC1RB2310KTC=0.02,0RC452KQ1430Q2N222Commands.end,14,举例2(续),混合型小信号等效电路,SmallsignalequivalentcircuitVS20AC1*VCCSwithagaingm=1Gb40301RB2310KRC402Krbe301e6rce402kCbe301nCbc342uCommands.end,举例3(续),aninvertercircuitVCCvcc05VININ0PULSE0.24.82n1n1n5n20nM1outinvccvccPCHL=1UW=20UM2outin00NCHL=1UW=20UCLOADout00.75p*.MODELPCHPMOSLEVEL=1*.MODELNCHNMOSLEVEL=1COMMANDS.END,16,电路描述语句,元件描述语句激励源描述语句子电路描述语句模型描述语句(.MODEL语句)库文件调用及定义语句(.LIB语句),17,子电路,18,子电路描述,子电路描述一般形式:.SUBCKT(.MACRO)SUBNAMEN1具体电路描述.ENDS,注释：子电路是以.SUBCKT或.MACRO开头，以.ENDS结束的一组语句。子电路可嵌套其他子电路。SUBNAME：子电路模型名。N1,N2：子电路外部的节点名称。.ENDS：结束语句。只有当二次以上嵌套时才后跟子电路模型名。,19,子电路调用,子电路调用语句：XnnnN1SUBNAME,注释：子电路调用时，可以将子电路看成是以X为关键字的器件。Xnnn：子电路名称。N1,N2：子电路外部的节点名称，与子电路描述语句的外部节点一一对应，但名称不一定相同。SUBNAME：子电路模型名。注意：子电路中的节点号,器件名，模型的说明均是局部量，可以和外部的相同,20,子电路使用举例,CMOS反相器组成的三级反相器链网表：.SUBCKTINVINOUTVDDVDD05MnOUTIN00NCHW=20UL=2UMpOUTINVDDVDDPCHW=20UL=2U.MODELNCHNMOSLEVEL=1.MODELPCHPMOSLEVEL=1.ENDSX1IN1INVX212INVX32OUTINVCLOUT01PF,1,2,X1,X2,X3,子电路描述语句,调用子电路语句,21,电路描述语句,元件描述语句激励源描述语句子电路描述语句模型描述语句(.MODEL语句)库文件调用及定义语句(.LIB语句),22,元件的模型,asingleNPNcommon-emiitterAMPQ1430Q2N222.end,有源元件的描述D(Q,J,M)n1n2(n3)mname,三极管放大电路网表,aninvertercircuitM1outinvccvccPCHL=1UW=20UM2outin00NCHL=1UW=20U*.MODELPCHPMOSLEVEL=1*.MODELNCHNMOSLEVEL=1.END,反相器网表,23,元件的模型,电路元件的描述语句：D(Q,J,M)n1n2(n3)mnamemname：模型名称，每个模型名称对应于一类元件，用户根据自己的需要定义其包含哪些内容，即“类”的范围。“parameter”：模型之外的参数的定义模型的定义：一条以.MODEL引导的模型说明语句。这一类元件中的共同点在模型说明语句中给出,24,模型描述语句,模型语句的一般形式：.MODELmnametype,注释：mname:模型参考名，与元件描述语句的mname相同type：用来选择模型类型。prameter1,2：此类模型所共有的参数值,例:.MODELMOD1NPNBF=50IS=1E-+13VBF=50+AREA=2PJ=3N=1.05,25,模型类型(全，共14种),26,MOSFET模型,MOSFET模型的描述方法：PMOS：.MODEL模型名PMOSNMOS：.MODEL模型名NMOS,MOS场效应管的描述中都必不可少的加入了LEVEL模型。第一代元件模型：LEVEL1,LEVEL2,LEVEL3第二代元件模型：BSIM1模型(LEVEL13)，LEVEL28(修正的BSIM1模型)，LEVEL39(BSIM2)第三代元件模型：BSIM3(LEVEL49),27,第一代元件模型,LEVEL1：1968年以前，简单的MOSFET模型。线性方程，可手动计算。计算速度快不精确，只能进行近似分析LEVEL2：19691978年，增强型的LEVEL1模型引入3/2幂次项，基于几何图形的分析适用于长通道元件10um较LEVEL1精确，但仍不能有效地进行计算机模拟LEVE3：1979利用一阶泰勒展开取代3/2次项引入实验性方程式，为半实验模型CPU时间较少，适用于沟道长度2um以上元件。,28,第二代元件模型,LEVEL13：1984年，BSIM1模型使用较多的多项式描述。适用于通道长度小于2um的MOS元件，实验参数较多偶尔造成元件行为的不易控制。LEVEL28：1990年，修正的BSIM1模型由Meta-software公司开发，更加准确可有效进行亚微米元件的模拟解决了BSIM1的问题LEVE39：1991，BSIM2模型利用数值分析的方法适用深亚微米级元件的模拟，沟道长度0.2um以上的元件模型参数过多。,29,第三代元件模型,LEVEL49：1995年，BSIM3V3模型，加州大学伯克利分校推出。以缩减的物理参数为主，实验性参数为辅。共有166个模型参数适用于深亚微米级模拟和数字集成电路的模拟LEVEL50：MOS9，飞利浦公司推出有72个模型参数适用于深亚微米级的模拟集成电路的模拟,30,不同MOSFET模型应用场合,Level1：简单MOSFET模型，常用于数字电路的模拟，精度低、速度快Level2：耗尽型MOS，10m器件模拟分析Level3：2m器件数字分析Level13，39，49：可进行亚微米及深亚微米模拟电路的分析，精度高、速度慢对电路设计工程师来说,采用什么模型参数在很大程度上还取决于能从相应的工艺制造单位得到何种模型参数.,举例3(续),aninvertercircuitVCCvcc05VININ0PULSE0.24.82n1n1n5n20nM1outinvccvccPCHL=1UW=20UM2outin00NCHL=1UW=20UCLOADo