hspice教程实用教案

1、第一(dy)部分第1页/共96页第一页，共97页。计算机辅助电路设计的特点(tdin)第2页/共96页第二页，共97页。电路设计流程(lichng)设设 计计 指指 标标 要要 求求确确 定定 电电 路路 方方 案案确确 定定 电电 路路 参参 数数选选 定定 分分 析析 方方 法法修修 改改 电电 路路 参参 数数修修 改改 电电 路路 方方 案案数数 学学 方方 法法C C A A C C A A实实 验验 方方 法法结结 果果性性 能能 满满 足足 要要 求求确确 定定 电电 路路第3页/共96页第三页，共97页。常见电路(dinl)网络第4页/共96页第四页，共97页。常见(chn j

2、in)电路分析内容第5页/共96页第五页，共97页。常见(chn jin)电路分析内容第6页/共96页第六页，共97页。常见电路(dinl)分析内容第7页/共96页第七页，共97页。常见(chn jin)电路分析内容第8页/共96页第八页，共97页。常见电路(dinl)分析内容第9页/共96页第九页，共97页。电路(dinl)模拟程序构成输出结果输出结果输入电路的拓扑信输入电路的拓扑信息和元件特性息和元件特性解方程求数值解解方程求数值解确定器件模型确定器件模型并处理并处理建立电路方程建立电路方程第10页/共96页第十页，共97页。第二(d r)部分第11页/共96页第十一页，共97页。SPCI

3、ESPCIE和PSPICEPSPICE 通用电路模拟技术及软件应用SPICE和PSPICE姚立真第12页/共96页第十二页，共97页。小信号(xnho)单级放大器第13页/共96页第十三页，共97页。程序清单第14页/共96页第十四页，共97页。输入描述(mio sh)语句第15页/共96页第十五页，共97页。输入描述(mio sh)语句定是编号为零的参考点，这是事先定义好的，意为接地或共同节点。节点“0”或“000”是等效的。第16页/共96页第十六页，共97页。第三(d sn)部分第17页/共96页第十七页，共97页。元件(yunjin)描述（电阻） Value是电阻值，单位(dnwi)为

4、欧姆，可正可负，但不能为零。 PSPICE元器件描述第18页/共96页第十八页，共97页。元件(yunjin)模型和描述（电容）态分析语句.TRAN中的任选项关键字UIC规定时，IC规定的初始条件才起作用。第19页/共96页第十九页，共97页。元件模型和描述(mio sh)（电感）态分析语句.TRAN中的任选项关键字UIC规定时，IC规定的初始条件才起作用。第20页/共96页第二十页，共97页。元件模型和描述(mio sh)（互感）第21页/共96页第二十一页，共97页。元件(yunjin)模型和描述（无损传输线）第22页/共96页第二十二页，共97页。元件(yunjin)模型和描述（压控开关

5、）第23页/共96页第二十三页，共97页。元件(yunjin)模型和描述（流控开关）第24页/共96页第二十四页，共97页。元件(yunjin)描述（二极管）第25页/共96页第二十五页，共97页。元件(yunjin)描述（三极管）第26页/共96页第二十六页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（JFETJFET）第27页/共96页第二十七页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（MOSFETMOSFET），的节点。 是模型名，可由用户自行选定。第28页/共96页第二十八页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（GaAs FETGaAs FET）为1

6、.0。若瞬态分析不要求从静态工作点开始，就可规定ICVDS,VGS为初始条件。第29页/共96页第二十九页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（数字器件）第30页/共96页第三十页，共97页。+ GOTO UNTIL LE + INCR BY + DECR BY 元件描述(mio sh)(mio sh)（数字激励源）第31页/共96页第三十一页，共97页。元件描述(mio sh)(mio sh)（独立电压源）第32页/共96页第三十二页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（独立电流源）第33页/共96页第三十三页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描

7、述（指数源） TFC下降时间(shjin)常数V1V1V2V2TRCTRCTRDTRDTFDTFDTFCTFCt tV(V)V(V)第34页/共96页第三十四页，共97页。元件描述(mio sh)(mio sh)（脉冲源）V1V1V2V2TRTRTDTDTFTFt tV(V)V(V)PERPERPWPW第35页/共96页第三十五页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（分段线性源）V(V)V(V)T1T1T2T2T3T3T4T4T5T5T6T6V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5V6V6t t第36页/共96页第三十六页，共97页。元件描述(mio sh)(mio sh)（单

8、频调频源）第37页/共96页第三十七页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（正弦源）第38页/共96页第三十八页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（多项式源）+ P17B2 C+ P18 BC2 + P19C3 + P20A4 + .第39页/共96页第三十九页，共97页。元件(yunjin)(yunjin)描述（线性受控电压源） 其中N+和N-分别(fnbi)是电压源的正负节点，NC+和NC-分别(fnbi)是控制电压源的正负节点。VN为控制电流流过的电压源第40页/共96页第四十页，共97页。元件描述(mio sh)(mio sh)（线性受控电流源）NC-

9、分别是控制电压源的正负节点, VN为控制电流流过的电压源第41页/共96页第四十一页，共97页。元件描述(mio sh)(mio sh)（非线性受控电压源）第42页/共96页第四十二页，共97页。元件描述(mio sh)(mio sh)（非线性受控电流源）第43页/共96页第四十三页，共97页。模型描述(mio sh)语句第44页/共96页第四十四页，共97页。模型类别(libi)总结第45页/共96页第四十五页，共97页。模型类别(libi)总结第46页/共96页第四十六页，共97页。子电路(dinl)描述语句第47页/共96页第四十七页，共97页。子电路(dinl)调用第48页/共96页第

10、四十八页，共97页。库文件调用(dioyng)语句第49页/共96页第四十九页，共97页。第四部分(b fen)第50页/共96页第五十页，共97页。直流工作(gngzu)点分析第51页/共96页第五十一页，共97页。直流扫描(somio)分析第52页/共96页第五十二页，共97页。直流小信号(xnho)灵敏度分析第53页/共96页第五十三页，共97页。小信号(xnho)传输函数第54页/共96页第五十四页，共97页。交流特性(txng)分析第55页/共96页第五十五页，共97页。噪声(zoshng)分析第56页/共96页第五十六页，共97页。瞬态分析(fnx)第57页/共96页第五十七页，共

11、97页。付里叶分析(fnx)1/F，就是说，瞬态分桥至少要持续1FREQ第58页/共96页第五十八页，共97页。温度(wnd)特性分析第59页/共96页第五十九页，共97页。节点设置(shzh)语句第60页/共96页第六十页，共97页。初始条件设定(sh dn)语句第61页/共96页第六十一页，共97页。蒙特卡罗分析(fnx)第62页/共96页第六十二页，共97页。灵敏度/最坏情况(qngkung)分析 语句(yj)格式： .WCASE (analysis) (output variable) 例：.WCASE TRAN V(10) YMX .WCASE DC IC(Q6) YMAX VARY

12、 DEV .WASE AC VP(5，0) YMAX DEVICE RQ OUTPUT ALL .WCASE 语句(yj)中的前三项(analysis) (output variable) 均与.MC语甸中的含意一样,是任选项， 可没有，也可选下列几种： ?.WASE 语句是对电路进行灵敏度和最坏情况分析。该语句是在参数变化时，对所选的分析多次运行,与.MC不同的是.WCASE每次运行只改变一个器件参数，而monte carlo统计分析是参数按指定的统计规律同时随机的变化。由于.WCASE每次运行时可求出每个参数对输出变量(波形)的灵敏度，在所有的灵敏度都得到后，在最后一次运行中使各个参数同时

13、按容差范围内各自的最大变化量改变，这样就进行了最坏情况分析了。如果器件参数有5个， .WCASE 开始(kish)按参数的标称值进行第一次分析，然后由各自容差分别改变一个参数共运行5次，最后进行最坏情况分析，所以.WCASE 共进行参数变量加二次等于7次分析。第63页/共96页第六十三页，共97页。分布参数(cnsh)定义语句第64页/共96页第六十四页，共97页。函数(hnsh)定义语句 (body)为函数体，可以(ky)利用前面已定义过的函数第65页/共96页第六十五页，共97页。包括文件(wnjin)语句第66页/共96页第六十六页，共97页。参数(cnsh)及表达式定义语句它参数不能在

14、表达式中。(name) 名不能与程序中予定义的参数、予定义函数或命令同名第67页/共96页第六十七页，共97页。参数(cnsh)分析语句第68页/共96页第六十八页，共97页。结果输出(shch)语句第69页/共96页第六十九页，共97页。输出(shch)变量第70页/共96页第七十页，共97页。交流(jioli)分析中的输出变量第71页/共96页第七十一页，共97页。噪声分析中的输出(shch)变量第72页/共96页第七十二页，共97页。第五(d w)部分第73页/共96页第七十三页，共97页。浮动(fdng)节点第74页/共96页第七十四页，共97页。少于两个连接(linji)的节点第75

15、页/共96页第七十五页，共97页。电压源和有感(yu n)回路第76页/共96页第七十六页，共97页。直流分析(fnx)不收敛使用OFF项在直流计算时，可关断所有对直流计算是截止的半导体器件。偏置点首先是假定被设定(sh dn)的器件都是在截止时得到的，收敛后再允许这些器件中有电流通过，以使它们的端电压与实际相符，处于正常工作，然后继续迭代至收敛。因此ONOFF项不影响偏置点的最终解，只影响对初始迭代的估计。所以，这种方法对非线性工作区是最有效。使用.NODESET语句 .NODESET 语句是节点电压设置语句，用它可以对电路中某些节点设置初始电压。在直流分析时将对予置节点接上设定的电压源，进

16、行迭代直至收敛，再将这些电压源去掉继续迭代直至收敛到最终解。因此该语句仅起帮助收敛的作用并不影响直流偏置点的最终解。 放宽分析精确度收敛的最终判据是用相对误差和绝对误差来表示的，这些误差直接反映了分析的精度。如果放宽了分析的精度也就放宽了收敛的条件。如果设置RELTOL0.02，ABSTOL10-10，VNTOL=10-4,且把ITL1设为300，这就比用它们的缺省值都大，即放宽了收敛条件，如果这时收敛了，就记下非线性元件控制节点的直流电压值，并把这些节点的电压用.NODESET语句设定记下的节点直流电压值，然后恢复上述任选项的值，即提高分析精度，再运行一次，看是否收敛。使用UIC开关 在以上

17、方法都不能使直流偏置点收敛时，使用开关UIC可作为最后的偿试。该法获得正确结果的可能性约98。这种方法是在不用直流(DC)和交流(AC)分析时只进行瞬态分析，并用获得的稳态输出值作为给节点进行电压值设定，再按要求，重新进行所需的分析。 具体步骤如下：1、如果在输入文件中有.OP和.AC语句，则去掉这些语句，只进行瞬态分析。去掉所有脉冲，指数或正弦输入源。 2、设置合理的模拟时间。 3、使用.TRAN语句中的UIC开关，这将允许在没有求解静态工作点的情况下就进行瞬态计算。 4、对电路的输入文件中的每一个非线性控制节点添加观察项5、运行该分析。6、从输出曲线图中每一节点的输出波形取值。将这些电压值

18、作为节点设置来决定每个非线性控制节点的初始电压。7、重新加上所需要的独立电源、.OP和.AC语句。8、.TRAN语句中去掉UIC开关,再开始分析。第77页/共96页第七十七页，共97页。直流扫描和转移分析(fnx)不收敛第78页/共96页第七十八页，共97页。瞬态分析(fnx)不收敛第79页/共96页第七十九页，共97页。第六部分(b fen)第80页/共96页第八十页，共97页。元器件模型(mxng)（电阻）第81页/共96页第八十一页，共97页。元器件模型(mxng)（电容）第82页/共96页第八十二页，共97页。元器件模型(mxng)（电感）第83页/共96页第八十三页，共97页。元器件

19、模型(mxng)（互感）磁畴壁约束常数K缺省值为500第84页/共96页第八十四页，共97页。元器件模型(mxng)（压控开关）i2=4kT/RS第85页/共96页第八十五页，共97页。元器件模型(mxng)（流控开关）第86页/共96页第八十六页，共97页。元器件模型(mxng)（二极管）第87页/共96页第八十七页，共97页。 为了模拟(mn)晶体管中的电荷存贮效应采用电容模型来模拟(mn)。晶体管中的存贮电荷一部分是由PN结的空间电荷区存贮的，并用结势垒电容来表示，另一部分是由于注入的少数载流子引起的，这部分电荷用注入的载流子电荷或扩散电容来表示。其中B-E结电容为： Cbe = B-E

20、结电容= Ctbe + areaCjbeCtbe = 扩散电容 = tfGbetf = 有效度越时间 = TF(1+XTF(Ibe1/(Ibe1+areaITF)2eVbc/(1.44VTF)Gbe = B-E直流电导 = (dIbe)/(dVb)Ibe = Ibe1 + Ibe2Cjbe = CJE(1-Vbe/VJE)-MJE Vbe FCVJE B-C结电容为：元器件模型(mxng)（三极管） 考虑晶体管的准饱和效应，在本征集电极和集电极串联电阻之间加入了一个新的节点，并加上了受控电流源，二个受控电容分别用Qw和Qo，表示。如果模型参数RCO0，则准饱和效应就考虑.Iepi = area

21、(VO(Vt(K(Vbc)-K(Vbn)-ln(1+K(Vbc)/(1+K(Vbn)+Vbc-Vbn)/RCO(|Vbc-Vbn|+VO)Qo = areaQCO( K(Vbc)-1-GAMMA/2 )Qw = areaQCO( K(Vbn)-1-GAMMA/2 )K(v) = (1+GAMMAe(v/Vt)1/2第88页/共96页第八十八页，共97页。元器件模型(mxng)（JFET）在模型参数中，直流特性由下列参数确定。VTO和BETA决定漏电流随栅压的变化，LAMBDA决定输出电导，IS是两个栅结的饱和电流。模型中还包括两个欧姆电阻RD和RS。电荷贮存效应由两个栅结的非线性耗尽(ho j

22、n)层电容模拟，该电容随结电压的-1/2幂变化并由零偏压时CGS、CGD和结电势PB所决定。 当VTO0，表明是耗尽(ho jn)型JFET，不论是N沟还是P沟，VTO0，表明器件是增强型JFET。直流模型Ig = 栅极电流 = area(Igs + Igd)Igs =栅源结的泄漏电流= In + IrKgIn = PN结传输电流 = IS(e Vgs/(NVt)-1)Ir = 复合电流 = ISR(e Vgs/(NRVt)-1)Kg = 产生(chnshng)因子 = (1-Vgs/PB)2+0.005)M/2Igd =栅漏结的泄漏电流= In + IrKg + IiIn = PN结传输电流

23、 = IS(e Vgd/(NVt)-1)Ir =复合电流 = ISR(e Vgd/(NRVt)-1)Kg =产生(chnshng)因子 = (1-Vgd/PB)2+0.005)M/2Ii = 碰撞电流Ii = IdrainALPHAvdife-VK/vdif 0 Vgs-VTO 0：Idrain = 0Vgs-VTO 0Idrain = BETA(1+LAMBDAVds)Vds(2(Vgs-VTO)-Vds) Vds Vgs-VTOIdrain = BETA(1+LAMBDAVds)(Vgs-VTO)2 0 Vgs-VTO VdsVds 0：仅需将上面公式中所有的源和漏对调一下即可。栅源PN结

24、耗尽层电容Cgs = areaCGS(1-Vgs/PB)-M Vgs FCPB栅漏PN结耗尽层电容Cgd = areaCGD(1-Vgd/PB)-M Vgd FCPB第89页/共96页第八十九页，共97页。宏模型(mxng)构造方法 电路元件灵敏度比较法针对电路特性求出组成(z chn)该电路所有元件的灵敏度，而后去掉灵敏度较低的元件，由剩下的元件组成(z chn)的电路，就构成原电路的简化宏模型。 电路元件短路、开路法这种方法是保证电路性能在不偏离给定范围的前提下将原电路中元件短路或开路，达到简化目的。该方法的具体做法如下：1、选定原电路中的某一元件，将其开路，计算出响应；再将其短路，也计算出响应。若其响应超过容许的偏离，则说明这个元件不能首先开路或短路。若其响应不超过容许范围，则将其偏离记录下来。2、对电路中每个元件都按上述方法进行(jnxng)计算。3、对所有元件开路和短路所造成的电路响应的偏离进行(jnxng)比较，取其最小者，作为第一个被开路或短路的元件。4、将选出的第一个元件开路或短路后，再重复上述步骤，决定第二个，第三个能够开路或短路的元件。直到再