HSPICE讲义--整理版

1,HSPICE讲义,基本语法标题、结束及注释语句电路描述语句命令语句,知识结构,2,知识结构：电路描述语句,元件描述语句无源：电阻(R),电容(C),电感互感(L),传输线等有源：二极管(D),三极管(Q),JFET(J),MOS(M)等激励源描述语句独立源：独立电压源(V),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)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),3,知识结构：命令语句,电路性能仿真直流分析1.直流工作点分析(.OP)2.直流扫描分析(.DC)3.直流小信号传输函数(.TF)4.直流小信号灵敏度分析(.SENS)交流分析1.交流小信号分析(.AC)2.极零点分析(.PZ)3.交流小信号失真分析(.DISTO)4.交流噪声分析(.NOISE)5.噪声叠加分析(.SAMPLE)6.交流网络分析(.NET)瞬态分析(.TRAN)蒙特卡罗最坏情况分析1.直流工作分析2.直流扫描分析3.交流扫描分析4.瞬态扫描分析温度分析,4,知识结构：命令语句（续）,输入控制：.ALTER语句，.PARAM语句，.DATA语句，.OPTIONS语句输出控制：.PRINT语句，.PLOT语句，.PROBE语句，.GRAPH语句，.MEASURE语句,5,集成电路设计流程,功能定义,行为设计,逻辑设计,逻辑仿真,后仿真,版图设计,电路及仿真,6,集成电路设计流程,功能定义,1.电路功能2.操作速度3.接口温度4.功率消耗5电路整体构架6.划分功能模块,想法及规划,7,集成电路设计流程,功能定义,行为设计,仿真工具：VHDL，Verilog等硬件描述语言,验证想法,8,集成电路设计流程,功能定义,行为设计,逻辑设计,逻辑仿真,门级的设计,9,集成电路设计流程,功能定义,行为设计,逻辑设计,逻辑仿真,电路及仿真,详细电路设计与仿真,仿真工具：SPICE！,10,Hspice的使用流程,.spfile,11,Hspice网表输入格式,3.命令语句,1.标题语句,2.电路描述语句,4.结束语句,.sp文件的形式输入！,12,Hspice的网表举例,例：1ASIMPLEACRUN2VS1010AC13R1121K4R2201K5C1201n6.OPTIONSLISTNODEPOST7.OP8.ACDEC101K1MEG9.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)10.END,标题,命令语句,电路描述语句,结束语句,13,第二讲HSPICE网表的语法,14,文件名格式,后缀名：.sp。产生方法：可以用任何一个文本编辑器产生，只需更改后缀名文件名：必须为英文，以字母打头，长度不超过256个字符第一个语句必须是标题行，最后一个语句必须是.END语句；标题语句和结束语句中间语句无任何先后次序；续行用“+”表示。分隔符可以为：tab键，空格，逗号，等号，括号元件的属性用冒号来分割，例如M1:beta用句点来表示隶属关系，例如X1.A1.V”表示电路X1的子电路A1的节点V,15,节点,结点名可以由以下任何字符打头：#_!%结点可以用.GLOBAL语句声明为全局调用。如声明节点1为全局调用，.GLOBAL1结点0、GND、GND！和GROUND均指的是Hspice全局的地。HSPICE要求每个节点对地均要有直流通路。当这个条件不满足时，通常是接一个大电阻使该悬浮节点具有直流通路。每个节点至少应连接两个元件，不能有悬空节点存在,16,数值及比例因子,数字表示：数字可以用整数，如12，-5；浮点数，如2.3845，5.98601；整数或浮点数后面跟整数指数，如6E-14，3.743E+3；在整数或浮点数后面跟比例因子，如10.18k比例因子：为了使用方便，它们用特殊符号表示不同的数量级：T=1E+12，G=1E+9，MEG=1E+6，K=1E+3，M=1E-3，U=1E-6，N=1E-9，P=1E-12，F=1E-15，DB=20lg10，MIL=25.4E-6(千分之一英寸),17,单位及关键字,单位：以工程单位米、千克和秒（M，Kg，S）为基本单位。由此得到的其它电学单位可省略。如10，10V表示同一电压数。1000Hz，1000，1E+3，1k，1kHz都表示同一个频率值。同样，W、A等标准单位在描述时均可省略。,电压电流频率电阻电容电感,VIFRCL,单位可以省略，例如:C11210P,元件关键字：,18,纲要,19,标题和结束语句,.TITLE语句形式:1：.TITLE2：例如：可以为.titleasimpleacrun更常见的是第二种形式：asimpleacrun注意：如果没有标题，第一行空出。.END语句形式：.END在.END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。,20,注释语句,一般形式：*或$注释标识：“*”或“$”。“*”打头的注释放在每行开头，而“$”打头的注释紧跟语句之后。,21,纲要,22,内容提纲,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),23,元件描述的基本格式,HSPICE中元件的属性由器件名，器件位置，器件类型，器件参数值等来定义。格式为：名称器件所连接的节点器件的类型参数值,例：1ASIMPLEACRUN2V110DC10AC13R1121K4R2201K5C120.001U6.OPTIONSLISTNODEPOST7.OP8.ACDEC101K1MEG9.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)10.END,一个简单的RC电路,标题,命令语句,电路描述语句,结束语句,24,无源器件1-电阻；2-电容,电阻一般形式：RXXXn1n2RvalueTC=TC1,TC2温度系数的缺省值为0，0注释：R=R0*1+TC1*(T-T0)+TC2*(T-T0)2T0为室温，25或27例：R112100kRC112171kTC=0.001,0电容一般形式：CXXXn1n2CvalueTC=TC1,TC2温度系数的缺省值为0，0注释：C=C0*1+TC1*(T-T0)+TC2*(T-T0)2例：C11210uCP12171pTC=0.001,0,25,无源器件3-电感；4-互感,电感一般形式：LXXXn1n2LvalueTC=TC1,TC2温度系数的缺省值为0，0例：L11210uLP12171uTC=0.001,0LXXXn1n2POLYL0L1L2.电感值L0L1*IL2*I*2，I为流过电感的流互感一般形式：KXXXLYYYLZZZKvalueKXXXLYYYLZZZK=value两耦合电感的名字:LYYY和LZZZ耦合系数:K,0+注释(续)：AREA：面积倍增因子。可以用AREA=?或者直接?来表示。或者用栅极宽W和栅极长L代替。缺省值为1.,41,结型场效应管JFET或MESFET(4),一般形式:JXXXndngnsmname+|W=valL=val+注释(续)：OFF：规定在进行直流分析时忽略初始条件，缺省值为ON。IC:瞬态分析的初始条件，两种表达方式。M:多重管模拟时的倍增因子，缺省值为1DTEMP:元件温度与电路温度直接的差额，缺省值0,42,结型场效应管JFET或MESFET(5),一般形式:JXXXndngnsmname+|W=valL=val+例子：J11DXGXSXJM1AREA=1.5J22101812JMODIC=0.5,5.0J33112654MODOFF,43,MOS场效应管(1),决定JFET性能的因素：面积：决定电流，电容，寄生电阻等掺杂浓度及材料：导通电压等温度：影响电流，势垒电容等,44,MOS场效应管(2),一般形式:MXXXndngnsnbmname+注释：MXXX：元件名，必须以M开头，后面最多跟15个字符。nd/ng/ns/nb:漏极、栅极、源极以及基底节点mname:管模型名,45,MOS场效应管(3),一般形式:MXXXndngnsnbmname+注释(续)：L/W：沟道长度和宽度；AD/AS：漏扩散区和源扩散区的面积；PD/PS：漏结和源结的周长,46,MOS场效应管(4),一般形式:MXXXndngnsnbmname+注释(续)：NRD/NRS：用以计算漏、源极寄生串联电阻的漏扩散区等效方块数RDC/RSC：漏极、源极与连线的接触电阻,47,MOS场效应管(5),一般形式:MXXXndngnsnbmname+注释(续)：OFF：规定在进行直流分析时忽略初始条件，缺省值为ON。IC:瞬态分析的初始条件。M:多重管模拟时的倍增因子，缺省值为1DTEMP:元件温度与电路温度直接的差额，缺省值0,48,MOS场效应管(6),一般形式:MXXXndngnsnbmname+例子：M11DGSBMM1M221018121MODML=0.5W=2U(0.5U2U)M331126541MODOFF10U5U2P2P,49,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),50,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),51,直流源和交流源,一般形式:VXXXn+n-valueIXXXn+n-value例子：V1120DC=5VV11205VI1130DC3mAI11303mA,一般形式:VXXXn+n-ACIXXXn+n-AC例子：V1120AC=10V90V1120AC10V90I1130AC=3mA0I1130AC3mA,52,脉冲源,一般形式:VXXXn+n-PULSE(V0Vatdtrtfpwper)IXXXn+n-PULSE(I0Iatdtrtfpwper),例子：VIN30PULSE-112ns2ns2ns50ns100ns,53,正弦源,一般形式:VXXXn+n-SINV0VaIXXXn+n-SINI0Ia,例子：VIN30SIN01.8500MEG1ns1e100表达式：,注释：V0：初始值Va：峰值freq：频率td：延迟时间：阻尼因子：相位,54,指数源,一般形式:VXXXn+n-EXPV0VaIXXXn+n-EXPI0Ia,例子：VIN30EXP042ns30ns60ns40ns,注释：V0：初始值(V0Va,先下降后上升)td1：下降(上升)延迟时间t1：下降(上升)时间常数td2：上升(下降)延迟时间t2：上升(下降)时间常数,55,分段线性源,一般形式:VXXXn+n-PWLt1V1IXXXn+n-PWLt1I1,例子：VIN30PWL60n0V80n5V120n5V140n0V+160n0V180n5VR300n,注释：tnVn/In：时间电压/电流对R：是否周期重复td：重复时延迟时间,56,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,57,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,58,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，RB的温度因子TC1=0.02,TC2=0,一个简单的晶体管放大电路,asingleNPNAMPVBB100.87VCC5010VS21AC1RB2310KTC=0.02,0RC452KQ1430Q2N222Commands.end,59,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)。,SmallsignalequivalentcircuitVS20AC1*VCCSwithagaingm=1Gb40301RB2310KRC402Krbe301e6rce402kCbe301nCbc342uCommands.end,60,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。,aninvertercircuitVCCvcc05VININ0PULSE0.24.82n1n1n5n20nM1outinvccvccPCHL=1UW=20UM2outin00NCHL=1UW=20UCLOADout00.75p*.MODELPCHPMOSLEVEL=1*.MODELNCHNMOSLEVEL=1COMMANDS.END,61,子电路,62,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。,63,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,64,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,65,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),66,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,67,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=1.05,68,模型类型(全，共14种),69,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),70,课堂小结,编写简单电路元件的网表：无源元件、有源元件、独立电源、源控源子电路描述语句：子电路是以.SUBCKT或.MACRO开头，以.ENDS结束的一组语句；子电路调用时，可以将子电路看出是以X为关键字的器件模型描述语句：一条以.MODEL引导的模型说明语句,71,库文件的使用,库文件可包含：器件模型(.MODEL语句)子电路(包含.ENDS语句)有关注释语句库文件调用语句(.LIB语句)等。使用库文件的优点：速度快、占内存少。,72,库文件的创建,一般形式：.LIBentryname具体库模型的描述.ENDLentryname,注释：.LIBentryname：定义入口名为entryname的库。ENDL：结束库定义语句注意：不能包含.END语句,73,库文件调用,一般形式：.LIBfilenameentryname,注释：filepath:库文件所在的路径，若.lib与所运行的网表在相同目录下，则可以缺省。filename：库的文件名。扩展名必.lib不可少。路径与文件名必须包含在双引号或者单引号里面。entryname：将要包括的库文件段的入口名,74,库文件嵌套,注意：库文件定义中嵌套调用其他库文件的入口名不能与所要定义的名字相同！可以无限嵌套。,一般形式：.LIBentryname具体库模型的描述.LIBfilenameentryname1.ENDLentryname,75,命令语句,1.直流分析,2.交流分析,3.瞬态分析,4.蒙特卡罗最坏情况分析,5.温度分析,76,直流分析,直流工作点分析(.OP)直流扫描分析(.DC)直流小信号传输函数(.TF)直流小信号灵敏度分析(.SENS),77,直流工作点分析.OP,一般形式：.OP方式：所有独立源或受控源都是直流形态，所有电感短路，电容开路。输出：节点电压、电源电流、静态功耗、半导体器件的电流、阻抗和电容。注意：只可以出现一次.OP语句,78,.OP运用举例,一个简单的RC电路,ASIMPLEACRUN$titleV11010AC1$circuitdescriptionR1121KR2201KC120.001U.OPTIONSLISTNODEPOST$controloptions.OP$.OPanalysis.END$end,donotforget,Task1:oprun.sp,79,直流扫描分析.DC,一般形式：.DCvariablestartstopstep注释：variable：要扫描的对象(如电压、电流、温度等)的变量名。start：扫描初始值。stop：扫描终止值。step：扫描步进步长。,举例：.DCVIN0.255.00.25,80,.DC举例,例2.6利用HSPICE求出R2上的电流与电压。1.其中Vs由0V递增到10V变化，每一增量为1V；2.若VS=10V,R1/R2/R3/R4有不同的温度系数分别为TC1=1.1E-3,2.2E-3,3.3E-3,4.4E-3，温度为50100,81,.DCVSsweepnetlist,Adcrun$titlevs10DC0$circuitdescriptionR113100R212100R323100R430100.OPTIONLISTNODE$controloptions.OP.DCVS0101$sweepinputvoltage.PRINTDCV(1,2)I(R2)$outputoptions.END$end,donotforget,Task2:vssweep.sp,82,.DCtemperaturesweepnetlist,Adcrun$titlevs10DC10$circuitdescriptionR113100TC1=1.1E-3R212100TC1=2.2E-3R323100TC1=3.3E-3R430100TC1=4.4E-3.OPTIONLISTNODE$controloptions.OP.DCTEMP501505$sweeptemperature.PRINTDCV(1,2)I(R2)$outputoptions.END$end,donotforget,Task2:tempsweep.sp,83,直流小信号传输函数(.TF),直流传输函数：在直流工作点附近对电路进行线性化处理，然后对电路进行以下分析：直流小信号传输函数（小信号增益）输出变量对于输入源的增益电路输入电阻电路输出电阻该语句特别适用于直流电路和直接耦合放大器（差动电路和运算放大器）的增益、输入电阻，输出电阻的计算。,84,直流小信号传输函数(.TF),一般形式：.TFvariable1variable2注释：variable1：传输函数中的分子变量，一般为输出变量。variable2：传输函数中的分母变量，一般为出入变量。注意：每一次电路模拟中只能有一个.TF语句，若有多个，则执行最后一个。,举例：.TFV(5,3)VIN,85,.TF举例,例2.6(修改)利用HSPICE求出节点2处的电压与输入Vs的比值，并求出输入输出阻抗。,86,TFrunnetlistandsimulationresult,Atfrun$titleVS10DC10$circuitdescriptionR113100R212100R323100R430100.OPTIONLISTNODE$controloptions.OP.TFV(2)VS$tfanalysis.END$end,donotforget,Task3:tfrun.sp,*small-signaltransfercharacteristicsv(2)/vs=800.0000minputresistanceatvs=166.6667outputresistanceatv(2)=60.0000,tfrun.lis(smallsignaltransferinformation),87,课堂小结,库文件的创建及调用：.LIBfilenameentryname直流工作点分析：.OP直流扫描分析：.DCvariablestartstopstep直流小信号传输函数：.TFvariable1variable2,88,直流小信号灵敏度分析.SENS,直流小信号灵敏度：在指定的范围内，各个指定的输出变量相对于某一电路参数(如主被动元件值、独立电源等)的直流小信号灵敏度。绝对灵敏度相对灵敏度绝对灵敏度：输入参数每改变一个单位值，输出的变化量，如输入电阻每改变1欧，输出电压的变化量，这里单位便为V/1欧。绝对灵敏度用来测试输入大幅度变化情况下输出的变化情况，用于”粗调“相对灵敏度：输入参数在原来的基础上每改变百分之一，输出的变化量。如输入电阻为10欧，每改变百分之一，即0.1欧时，输出电压的变化量，单位为V/%。，相对灵敏度通常用于估计最大可允许输入误差范围,89,直流小信号灵敏度分析.SENS,一般形式：.SENSVO1注释：VO：输出的支路电流或节点电压。灵敏度分析能够帮助电路设计者了解在电路中哪些元件和模型参数对直流偏置的影响最大。据此，电路的设计者知道电路中哪些元件的作用是“关键”的，它们参数的变化都会对输出造成较大的影响，从而对这些元件精密度的选择做出了要求。,举例：.SENSV(8)I(VOUT),90,.SENS举例,例2.7利用HSPICE求出电压VO的灵敏度。,ASIMPLESENSRUN$titleVs1010$circuitdescriptionR11240R22010.OP.SENSV(2)$.SENSanalysis.END$end,donotforget,Task1:sensrun.sp,91,Operatingpointinformation(insensrun.lisfile),asimplesensrun$title*dcsensitivityanalysistnom=25.000temp=25.000*dcsensitivitiesofoutputv(2)elementelementelementnormalizednamevaluesensitivitysensitivity(volts/unit)(volts/percent)0:r140.0000-40.0000m-16.0000m0:r210.0000160.0000m16.0000m0:vs10.0000200.0000m20.0000m,92,交流分析,交流信号：包含幅值、相位、频率等的信号。交流分析：分析输出参数随频率变化规律：频率响应交流分析中的一些规定：电阻：若包含交流电阻，则使用交流电阻。电容：阻抗为1/jwC电感：阻抗为jwL有源元件、非线性元件：全部转化为小信号模型。直流源：全部接地。,93,交流分析,交流小信号分析(.AC)极零点分析(.PZ)交流小信号失真分析(.DISTO)交流噪声分析(.NOISE)噪声叠加分析(.SAMPLE)交流网络分析(.NET),注：交流分析与直流分析是以激励源的类型不同来命名的。直流分析是忽略所有的交流信号，电容开路，电感短路，整个电路中只存在直流器件。交流分析是忽略所有的直流信号，电容和电阻写出阻抗形式。因此，分析要比直流分析复杂。交流分析实际上为频率响应分析,94,交流小信号分析.AC,一般形式：.ACtypenpfstartfstop注释：type：扫描类型。np：扫描点数fstart/fstop：起始/终值频率,注意：电路当中必须至少含有一个独立交流源！,95,扫描类型type,DEC：每十进制实现对np个点进行扫描，对数坐标OCT：每八进制实现对np个点进行扫描，对数坐标）LIN：线性扫描，在指定的fstop-fstart频率范围内进行线性扫描POI：按所列参数点表进行扫描,type包含的类型：,Expamples:q.ACDEC101K100MEGSweepfrom1KHzto100MEGHz，with10pointsperdecadeq.ACLIN1001100HZA100pointfrequencysweepfrom1Hzto100.,96,.AC其它形式(1),一般形式：.ACtypenpfstartfstop+SWEEPvariablestart-valuestop-value+increment(typenpstart-valuestop-value),Expamples:q.ACDEC10110KSWEEPCloadLIN201pf10pf对Cload的每个值进行AC分析，扫描频率为1Hz到10KHz，每10进制扫描10个点，其中Cload的值为从1pf到10pf等距离取20个点.ACDEC10110KSWEEPRxPOI25k15k.ACDEC10110KSWEEPRx5k15k5k,97,例:这是一个简单的RC电路，请利用HSPICE求出当激励源的频率1KHz变化到100MHz时，节点2的电压、通过R2和C1的电流的幅值和相位的变化。,.AC举例,98,.AC举例,ASIMPLEACRUNR1121KR2201KC120.001UV11010AC=1.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PROBEACV(2)VP(2)I(R2)IP(R2)I(C1)IP(C1).END,Task1:acrun.sp,执行.AC分析前应先执行.OP分析,99,.AC分析结果输出,Mag：振幅大小Real：实部Imag：虚部Phase：相位,100,节点2的电压的幅值随着频率的增加而减小。实现低通滤波器的功能。Right?,V(2),freq,结果(1)节点2的电压,对数坐标,线性坐标,101,Vp(2),freq,结果(2)节点2的相位,电压V(2)的相位随着频率的增加而减小，且初始相位为0。Right?,102,I(R2),I(C1),Right?,结果(3)通过R2和C1的电流,103,极零点分析.PZ,104,极零点分析.PZ,任何线性时不变电路网络，都可以化为线性传递函数来表示：,其中，z1zm为网络的零点，p1pn为网络的极点。,主要是用做放大器、滤波器等非时变网络的设计,105,极零点分析.PZ,一般形式：.PZOUTPUTINPUT注释：OUTPUT：输出变量，可为任一支路电流或节点电压。INPUT：输入变量，可为任一独立电压或电流源名称。,举例：.PZV(10)VIN,106,.PZ举例,例5.2利用HSPICE对简单放大器等效电路作极/零点分析。,107,.PZanalysisnetlist,Apzrun$titleVin101AC1$circuitdescriptionRs121kRpi201kRL301kCpi201nCmu2310PGmu30200.04.OPTIONSPOST=2$controloptions.OP.PZV(3)VIN$PZanalysis.ACDEC5100100MEG.PRINTACVDB(3)VP(3)$outputoptions.END$end,donotforget,Task2:pzanalysis.sp,108,.PZanalysisresult(indcrun.lisfile),apzrun$titlepole/zeroanalysistnom=25.000temp=25.000*input=0:vinoutput=v(3)poles(rad/sec)poles(hertz)*realimagrealimag-1.4126x0.-224.8151k0.-141.5874x0.-22.5343x0.zeros(rad/sec)zeros(hertz)*realimagrealimag4.0000g0.636.6198x0.,109,交流小信号失真分析.DISTO,一般形式：.DISTORload+注释：Rload：输出负载电阻的名字，所有失真功率都是在该负载电阻上计算得出。交流小信号失真分析，便是分析某个输出负载的输出功率失真。,110,交流小信号失真分析.DISTO,一般形式：.DISTORload+注释：inter：打印失真计算结果的频率间隔，即规定打印多少计算结果。1.一般此频率为进行交流扫描的频率。2.若不写，则不打印失真计算结果，可以在再用.PRINT和.PLOT语句对失真结果进行打印。3.若只需要打印第一个和最后一个频率失真计算结果，则inter值分析计算的终止频率。,.ACDEC101K1MEG,111,交流小信号失真分析.DISTO,一般形式：.DISTORload+注释：skw2：第二个频率f2与标称分析频率f1的比值。允许的范围是1e-3skw2500n，并未充电到稳态。当530s激励源电压突然下降，电容两端逐渐放电，C2减少。,138,.TRAN分析结果输出电流,I(R2),I(R1),Right?,I(C1),139,例：这是一个简单的RC电路，请利用HSPICE分析各个节点的瞬态电压和流过各个元件的电流。C1两端的初始电压分别为0V和2V。,.TRAN分析中初始条件作用举例,140,.TRAN分析中初始条件作用举例,ASIMPLEACRUNR1121KR2201KC120.001UIC=0VV11010AC1PULSE0510N20N20N500N2U.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.TRAN10N2UUIC$仿真区域为02us.PRINTTRANV(1)V(2)I(R2)I(C1).ALTERC120.001UIC=2V.END,Task2:tranrun.sp,141,初始条件的作用分析结果对比,IC=2V,IC=0V,142,例：这是一个简单的CMOS反相器，请利用HSPICE分析输出的瞬态电压值。,.TRAN举例(2),143,.TRAN举例(2),aninvertercircuitVCCvcc05VININ0PULSE0.24.82n1n1n5n20nM1outinvccvccPCHL=1UW=20UM2outin00NCHL=1UW=20UCLOADout00.75p.MODELPCHPMOSLEVEL=1.MODELNCHNMOSLEVEL=1.op.tran200p20n.optionslistnodepost.printtranv(in)v(out).END,Task2:tranrun.sp,144,TRANsweepinformation(intranrun.lisfile),aninvertercircuit*transientanalysistnom=25.000temp=25.000*timevoltagevoltageinout0.200.0000m4.9989200.00000p200.0000m4.9989400.00000p200.0000m4.998919.80000n200.0000m4.998820.00000n200.0000m4.9989,145,.TRAN(2)分析结果输出,V(in),V(out),Right?,146,傅立叶分析.FOUR,傅立叶分析时间间隔：(Tstop1/fperiod,Tstop)Tstop：.TRAN语句中的终止时间fperiod：傅立叶分析的基频。傅里叶分析仅仅在瞬态分析分析终止时间TSTOP之前的基频的一个周期。傅立叶分析能够得到DC分量、基频和第2到第9次谐波（交流分量）傅里叶变换实际上是将时域信号转化成频域信号，从而方便我们观察信号的频率组成，从而对与频率有关的如噪声等进行观察。HSPICE中的傅里叶分析是瞬态分析的一部分，它是在瞬态分析刚刚结束之前完成的。,147,傅里叶分析.FOUR,一般形式：.FOURfreqov1,注释：freq：傅里叶分析的基频。此频率的倒数即周期时间一定要小于TSTOPOv1：要求分析的输出变量，如节点电压。注意：傅里叶分析同时要进行瞬态分析，为瞬态分析的一部分。例：.FOUR100KV(5),148,例：这是一个简单的CMOS反相器，请利用HSPICE对输出电压进行傅里叶分析。,.FOUR举例,149,.FOUR举例,aninvertercircuitVCCvcc05VININ0PULSE0.24.82n1n1n5n20nM1outinvccvccPCHL=1UW=20UM2outin00NCHL=1UW=20UCLOADout00.75p.MODELPCHPMOSLEVEL=1.MODELNCHNMOSLEVEL=1.op.tran200p20n.FOUR100MEGV(OUT).optionslistnodepost.printtranv(in)v(out).END,Task3:fourrun.sp,注意，FOUR分析一定要伴随着瞬态分析，也就是有.FOUR语句的地方一定要有.TRAN语句。本例子是在反相器瞬态分析中仅仅加了一句傅里叶分析。基频为100MEGHz,150,FOURanalysisinformation(infourrun.lisfile),aninvertercircuit*tnom=25.000temp=25.000*fouriercomponentsoftransientresponsev(out)dccomponent=4.790E+00harmonicfrequencyfouriernormalizedphasenormalizedno(hz)componentcomponent(deg)phase(deg)1100.0000 x365.1688m1.0000-120.08630.2200.0000 x275.1061m753.3669m-140.2944-20.20813300.0000 x207.3479m567.8137m-151.6151-31.52884400.0000 x162.9614m446.2631m-158.5858-38.49955500.0000 x130.8620m358.3603m-163.2778-43.19156600.0000 x107.6553m294.8095m-164.9295-44.84327700.0000 x93.6657m256.4997m-165.3646-45.27838800.0000 x83.6826m229.1615m-166.6374-46.55119900.0000 x75.3517m206.3475m-168.2833-48.1970totalharmonicdistortion=121.0515percent,151,蒙特卡罗(MONTECARLO)分析,含义：在给定的标准差资料的基础上，使用随机数发生器按元件值的概率分布来选择元件值，然后对电路进行模拟分析。目的：计算a)：一定的工艺误差允许范围内的元件值；b):一定的元件值下所允许的工艺误差容忍值。应用预测a)：元件参数的变化对产品效能的影响；b)：电路生产的成品率及成本等,152,蒙特卡罗分析方法,直流工作分析：.DCMONTE=val直流扫描分析：.DCvin15.25SWEEPMONTE=val交流扫描分析：.ACdec1010010megSWEEPMONTE=val瞬态扫描分析：.TRAN1n10nSWEEPMONTE=val注释：value：蒙特卡罗分析中迭代的次数。一般是30。,.TRAN1N10N,SWEEPCx05P1P,153,元件参数的设定.PARAM,蒙特卡罗分析设定元件参数设定：均匀分布相对变化：.PARAMXX=UNIF(NOM_VALUE,REL_VARIATION)绝对变化：.PARAMXX=AUNIF(NOM_VALUE,ABS_VARIATION)注释：XX:变化参数名NOM_VALUE：参数变化中心值(N)REL_VARIATION：相对变化值(R)(在N-N*R,N+N*R之间呈均匀分布)ABS_VARIATION：绝对变化值(A)(在N-A,N+A之间呈均匀分布)multiplier:重复计算的次数，并储存最大偏离值。默认为1,154,蒙特卡罗(MONTECARLO)分析,蒙特卡罗分析设定元件参数设定：高斯分布相对变化：.PARAMXX=GAUSS(NOM_VALUE,REL_VARIATION,+)绝对变化：.PARAMXX=AGAUSS(NOM_VALUE,ABS_VARIATION，+,)注释：XX:变化参数名NOM_VALUE：参数变化中心值(N)REL_VARIATION：相对变化值(R)(在N-N*R,N+N*R之间呈高斯分布)ABS_VARIATION：绝对变化值(A)(在N-A,N+A之间呈高斯分布)Sigm：标准差参数(S)。实际标准差=A/Smultiplier:重复计算的次数，并储存最大偏离值。默认为1,155,电路分析中进行蒙特卡罗分析的方法是，将MONTE命令加入在直流分析、交流分析以及瞬态分析的命令中。经30次迭代蒙特卡罗统计分析后，若所有电路性能都合格，则在实际应用中，电路的80以上元件特性正确的概率可达99。进行蒙特卡罗分析之前，首先要定义要分析的参数服从什么分布，在什么样的范围波动。HSPICE可以模拟三种随机分布，分别是均匀分布，高斯分布以及随机范围参数分布。我们先看第一种，均匀分布。所谓均匀分布，大家学过数理统计，应该都很清楚，就是这个参数落在这个区间任何一点的概率相等。可以用两种形式定义，即利用相对变化参数定义相对变化和利用绝对变化参数定义绝对变化。对于我们看他们的格式。设定随机参数利用.PARAM命令，后面跟随机参数名称XX，这个随机参数有哪些值呢？就是在一个均匀分布的区间内取值。这个均匀分布的区间有两种定义方法，相对参数，用UNIF表示，括号里面包含变化的中心值和相对变化值。相对变化值的定义是N*R，因此变化区间是N-N*R,N+N*R；绝对参数，用AUNIF表示，区间为N-A,N+A。而multiplier的含义是重复计算的次数。什么意思，就是比如我们进行一次蒙特卡罗分析，取30个点进行分析，由于是随机取值，所以可能得到的随机变化结果和重新进行一次分析得到的结果有所不同，为了更准确得到最大的变化量，选用多次模拟方法。这个可以不设定，默认为1.,156,蒙特卡罗(MONTECARLO)分析,蒙特卡罗分析设定元件参数设定：随机范围参数分布.PARAMXX=LIMIT(NOM_VALUE,ABS_VARIATION)注释：XX:变化参数名NOM_VALUE：参数变化中心值(N)ABS_VARIATION：绝对变化值(A)(在N-A,N+A之间呈随机分布)multiplier:重复计算的次数，并储存最大偏离值。默认为1,157,蒙特卡罗分析举例,例2.6利用HSPICE对R1服从高斯变化时(中心点为100，相对变化值0.2)，计算出输出V(1,2)以及I(R2)的变化值。,158,蒙特卡罗分析netlist,Adcrun$titlevs10DC10$circuitdescriptionR113VALUER212100R323100R420100.OPTIONLISTNODE$controloptions.DCMONTE=10.PARAMVALUE=GAUSS(100,0.2).PRINTDCV(1,2)I(R2)$outputoptions.GRAPHDCV(1,2).END,Task1:Monte.sp,159,Montesweepinformation(inmonte.lisfile),adcrun$title*dctransfercurvestnom=25.000temp=25.000*montecarlo1stsweep*indexvoltagecurrent1r221.000004.012140.1208m2.000003.970939.7093m3.000003.996339.9627m4.000004.004140.0415m5.000003.971039.7097m6.000004.020640.2059m7.000003.966539.6653m8.000004.028940.2888m9.000004.028640.2856m10.000003.971139.7106m,160,MonteResult,V(1,2