CMOS模擬集成電路實(shí)訓(xùn)HSPICE輔助設(shè)計(jì)教學(xué)PPT.ppt

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1、CMOS模擬集成電路實(shí)訓(xùn)之H-SPICE輔助設(shè)計(jì),東南大學(xué)集成電路學(xué)院 IC實(shí)驗(yàn)室,,Leo_,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,開始前 H-SPICE不要安裝在中文目錄下 任何H-SPICE需要調(diào)用的文件都不要放在中文目錄下 網(wǎng)表文件第一行為標(biāo)題行 H-SPICE并不是所見即所得模式，但可以借助Cadence實(shí)現(xiàn),,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,(1)SPICE背景

2、SPICE：Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 由加州大學(xué)伯克利分校研制 廣泛使用，成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模型 電路仿真的數(shù)字方法 電路節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)矩陣 電路元件特性依賴于子模型 簡(jiǎn)單的如電阻：Resistor 復(fù)雜的如MOS管：MOSFET,,(2)SPICE簡(jiǎn)介 SPICE是一個(gè)電路分析工具，用于電路的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和頻域仿真 種類繁多：業(yè)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程序開發(fā)，均支持

3、通用的SPICE網(wǎng)表文件 SPICE工具的算法基本相似，可能在時(shí)步控制、方程解算器和收斂控制方面會(huì)有所不同,,(3)使用SPICE需具備的基礎(chǔ) 了解元件的基本特性 熟悉所設(shè)計(jì)的電路功能 了解需要驗(yàn)證的電路指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的模擬種類、電路狀態(tài) 了解電路的輸入信號(hào)特性 了解電路各項(xiàng)指標(biāo)的相依性及優(yōu)先度 了解電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)與各項(xiàng)電路特性的相關(guān)性，以便于模擬結(jié)果的改進(jìn),,(4)HSPICE的具體功能 電路級(jí)和行為級(jí)仿真 直流特性分析、靈敏度分析 交流特性分析 瞬態(tài)分析 電路優(yōu)化（優(yōu)化元件參數(shù)） 溫度特性分析 噪聲分析 傅立葉分析 蒙特卡羅最壞情況分析，參數(shù)掃描，數(shù)據(jù)表掃描 功耗、各種電路參數(shù)（H參數(shù)、T

4、參數(shù)、S參數(shù)）等可擴(kuò)展的性能分析,,(5)HSPICE的界面,,(6)HSPICE的輸入輸出數(shù)據(jù),,(7)HSPICE的文件及其后綴 輸出列表 .lis 瞬態(tài)分析結(jié)果 .tr#+ 瞬態(tài)分析測(cè)量結(jié)果 .mt# 直流分析結(jié)果 .sw#+ 直流分析測(cè)量結(jié)果 .ms# 交流分析結(jié)果 .ac#+ 交流分析測(cè)量結(jié)果 .ma# 輸出狀態(tài) .st# 工作點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓（初始條件） .ic # ：代表掃描分析序號(hào)或者硬拷貝文件序號(hào)，一般從0 開始。 +：表示在用.POST語句產(chǎn)生圖形數(shù)據(jù)后該文件才被確立。,,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model &

5、Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,(1)電路與網(wǎng)表 *COMPONENTS m1 vout vin 0 0 mn w=30U l=LMOD m2 vout 1 vdd vdd mp w=10U l=1u m3 1 1 vdd vdd mp w=10U l=1u cl vout 0 10p iref 1 0 100u *SOURCES

6、 vdd vdd 0 dc 5 vin vin 0 dc VMOD ac 1 .op 網(wǎng)表是描述電路元件和連接關(guān)系的語句 首先對(duì)電路節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記 說明各個(gè)元件的類型和模型 說明各個(gè)元件的引腳連接到哪個(gè)節(jié)點(diǎn),,,(2)HSPICE的網(wǎng)表結(jié)構(gòu),,(3)HSPICE的網(wǎng)表編寫規(guī)則 網(wǎng)表文件的第一個(gè)語句必須是標(biāo)題行，最后一個(gè)語句必須是.END 網(wǎng)表中語句的次序是隨意的，但是續(xù)行（行首有“”的行）除外 注釋行（首字母為*或句末為$）可加在文件中的任何地方 不要重復(fù)定義節(jié)點(diǎn) 不要有懸空節(jié)點(diǎn) 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)最好使用有意義的命名 文件名、語句、等式的長

7、度不能超過256字符 不區(qū)分大小寫,,(4)節(jié)點(diǎn)命名規(guī)則 可以是字母或數(shù)字(如VIN1，12等) 0節(jié)點(diǎn)總是地 節(jié)點(diǎn)數(shù)字后的字母可被忽略(如5A=5B=5) 節(jié)點(diǎn)均為本地 可以使用.GLOBAL聲明全局節(jié)點(diǎn)(例 .GLOBAL VDD VSS),,(5)網(wǎng)表中的單位及比例因子 單位可以省略 比例因子不可省略,,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,(1)Model簡(jiǎn)介 Model主要內(nèi)容為元件參數(shù) 語法規(guī)則 .MODEL 模型名 PMOS .MODEL 模型名 NMOS LEVEL=1常

8、用于數(shù)字電路，精度低、速度快 LEVEL=2考慮了襯底電荷對(duì)電流的影響 LEVEL=13,39,49用于模擬電路，精度高、速度慢,,(2)元件參數(shù)說明 模擬電路仿真前的手工估算 VT0（零偏置閾值電壓） KP（傳輸電導(dǎo)參數(shù)） GAMMA（體閾值參數(shù)） LAMBDA（溝道長度調(diào)制參數(shù)） CGS0/CGD0/CGB0（GS-GD-GB覆蓋電容） CJ（零偏置結(jié)電容） TOX（氧化層厚度）PHI（表面勢(shì)）NSUB（襯底摻雜）NSS（等效表面電荷） NFS（快速表面態(tài)效應(yīng)）U0（表面遷移率） CSMC 0.5um CMOS,,(3)Subckt簡(jiǎn)介 子電路是以 .SUBCKT 開頭，以 .ENDS 結(jié)

9、束的一組語句 子電路中可嵌套其它子電路 語法規(guī)則 定義 調(diào)用,,(4)子電路應(yīng)用實(shí)例,,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,(1)元件描述 C Capacitor D Diode L Inductor M MOSFET Q BJT R Resistor X Subcircuit Call,,(2)語法示例,,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,(1)常用電源類型 直流源 交流

10、源 脈沖源 分段線性源 正弦源 指數(shù)源,,(2)瞬態(tài)電壓源實(shí)例 脈沖源 語法 例子 a test of pulse .TRAN 200P 130N VIN IN 0 PULSE 0 5 10N 10N 10N 40N 100N .end,,(3)瞬態(tài)電壓源實(shí)例（續(xù)） 分段線性源 語法 例子 a test of PWL .TRAN 10N 10U VIN IN 0 PWL 0 0.5 10n 0.5 20n 4.5 2u 4.5 2.01u 0.5 4u 0.5 4.01u +2.49 6u 2.49 6.01u 2.6 8u 2.6 8.01u 2.4 10u 2.4 .end,,(4)瞬態(tài)電

11、壓源實(shí)例（續(xù)） 正弦源 語法 例子 a test of SIN .TRAN 10N 10U VIN IN 0 SIN 2 1 0.5X 1U .end,,(5)瞬態(tài)電壓源實(shí)例（續(xù)） 指數(shù)源 語法 例子 a test of EXP .TRAN 100P 800N VIN IN 0 EXP 0 2 2N 30N 60N 40N .end,,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,(1)常用控制語句 直流工作點(diǎn) 直流掃描和直流小信號(hào)分析 交流掃描和小信號(hào)分析 瞬態(tài)分析,,(2).OP直流工作點(diǎn)分

12、析 語法格式 .OP 輸出某一時(shí)間的直流工作點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)電壓 電流源 功率損耗 半導(dǎo)體器件的電流、電導(dǎo)、寄生電容等 圖例,,,(3).DC直流傳輸特性掃描 語法格式 .DC var1 start1 stop1 incr1 可以進(jìn)行 直流參數(shù)掃描 電源值掃描 溫度范圍掃描 輸出掃描結(jié)果(圖形) 圖例,,(4).AC直流傳輸特性掃描 語法格式 .AC type np fstart fstop 特性 將交流分析變量作為指定頻率的函數(shù) 先求直流工作點(diǎn)作為交流分析的初值 非線性器件轉(zhuǎn)換為小信號(hào)模型 輸出掃描結(jié)果(圖形) 圖例,,(5).OPTION 控制選項(xiàng)項(xiàng)語句 允許用戶重新設(shè)置程序的參數(shù)或/和控制程序的

13、功能 滿足用戶的需要或特殊的模擬目的 輸出到LIST文件 語法格式 .OPTION opt1 optn為控制選項(xiàng)的名稱 一般以optn=x形式出現(xiàn)，x表示控制選項(xiàng)的賦值 排列順序任意 示例 .OPTION post，用于在終端上顯示模擬結(jié)果的高分辨率圖形曲線 .OPTION acct，在電路模擬過程結(jié)束后，提供運(yùn)行過程統(tǒng)計(jì)結(jié)果 .OPTION node，輸出節(jié)點(diǎn)鏈接表，用于診斷與拓?fù)湎嚓P(guān)的不收斂 .OPTION opts，輸出當(dāng)前所有控制選項(xiàng)的設(shè)置 .OPTION nomod，禁止輸出模型參數(shù)，用于減小LIST文件長度,,(6).PARAM 參數(shù)及表達(dá)式定義語句 用來對(duì)HSPICE 模擬中的元

14、件和模型所指定的關(guān)鍵字進(jìn)行賦值 適合要調(diào)用不同參數(shù)進(jìn)行模擬的場(chǎng)合 語法格式 .PARAM xx=COSTANT FUNCTION CONSTANT為常數(shù) FUNCTION 為函數(shù) 示例 .PARAM m=1 .PARAM WMOD=m*30u,,(7).PRINT 打印語句 規(guī)定了要輸出的變量值 輸出到LIST文件 可以輸出兩變量之間的波形 語法格式 .PRINT antype ov1 anytype可以是DC、AC、TRAN ovn是要輸出的變量 示例 .PRINT DC v(vin) i(m1) 輸出m1管的轉(zhuǎn)移特性曲線 .PRINT & .PLOT,,(8)特殊控制語句 數(shù)據(jù)測(cè)量語句.M

15、EASURE .MEASURE type WHEN MAX 參數(shù)替換語句.ALTER 網(wǎng)表執(zhí)行到.ALTER處獲取新參數(shù)，并重新執(zhí)行 二次掃描關(guān)鍵字SWEEP 常與.DC、.AC、.TRAN連用，用以掃描輸出一組波形 傳遞函數(shù)計(jì)算.TF 計(jì)算放大倍數(shù)、輸入輸出電阻 零極點(diǎn)分析.PZ 獲取零點(diǎn)極點(diǎn),,內(nèi)容,H-SPICE概述 H-SPICE網(wǎng)表 Model & Sub circuits Component Source Control 實(shí)訓(xùn),,實(shí)訓(xùn)一,Hspice安裝與配置 單一mos管特性分析與仿真 反相器特性分析與仿真 差分放大器分析與仿真,Lab1：電流源負(fù)單級(jí)放大器 指標(biāo) VDD=5V CL=10pf Iref=100A AV=35 G.B.=9MHz 要求 原理分析 工作點(diǎn)選取 HSPICE直流特性仿真 HSPICE交流特性仿真 實(shí)訓(xùn)一參考,,,Lab1：自舉電壓基準(zhǔn) 指標(biāo) VDD=5V Vref =1.29V Iref=10A 要求 原理分析 工作點(diǎn)選取 HSPICE直流特性仿真 HSPICE交流特性仿真 實(shí)訓(xùn)二參考,,,,,