第7章 SPICE语言及电路仿真

第7章 SPICE语言及电路仿真

模块概要：

一、学习目标

1、了解SPICE的电路设计流程及HSPICE电路仿真工具。

2、掌握SPICE编程语言与编程技术。

3、能够使用HSPICE软件进行电路仿真。

二、学习指南

能够读懂电路输入网表，理解地掌握SPICE语言中分析及控制语句的设置，在仿真实例中学会编程技术和仿真方法。

三、知识内容

SPICE语言介绍：SPICE含义、产生、著名软件、SPICE的电路设计流程。

输入语句的结构与规定

输入语句的结构、规定、一个简单实例。

电路元器件描述语句

无源器件描述语句、有源器件描述语句、电源描述语句、其它语句。

电路特性分析语句

直流分析、交流分析、瞬态分析、蒙特卡罗分析和灵敏度/最坏情况分析、温度分析。

电路特性控制语句

初始状态设置语句、参数、函数定义语句、重置参数语句、输出控制语句。

缓冲驱动器设计实例

以缓冲驱动器的设计实例，来说明电路网表的编写、直流分析、时序分析、驱动能力的设计过程。

放大器设计实例

以一个常用的运算放大器设计实例，详细地说明各种指标的实现、各种仿真分析的进行过程。

设计方法与设计工具介绍—电路仿真

介绍集成电路著名而常用的模拟电路仿真软件HSpice，包括HSpice简介、HSpice的特点与结构、HSpice的具体功能、HSpice的流程、HSpice的输入——网单文件、HSpice的输出等。

四、练习

1.国际公认的_______________________________工具是美国加利福尼亚大学伯克利分校

开发的____________程序。

答案：模拟电路通用仿真、SPICE

2. 商用的SPICE软件主要有________、________、________、________与________等。

答案：Hspice、Pspice、SBTspice、SmartSPICE、Tspice

3. HSPICE是____________公司开发的一个商业化通用电路模拟程序，它可以从_______到

高于_______的微波频率范围内，对电路作精确的仿真、分析和优化。

答案：Meta-Software、直流、100MHz

4.写出MOS管的SPICE元件输入格式与模型输入格式。

答案：元件输入格式：

M<编号> <漏极结点> <栅极结点> <源极结点> <衬底结点> <模型名称> <宽W> <长L> （<插指数M>）

例如：M1 out in 0 0 nmos W=1.2u L=1.2u M=2

模型输入格式：

.Model <模型名称> <模型类型> <模型参数>……

例如：

.MODEL NMOS NMOS LEVEL=2 LD=0.15U TOX=200.0E-10 VTO=0.74 KP=8.0E-05 +NSUB=5.37E+15 GAMMA=0.54 PHI=0.6 U0=656 UEXP=0.157 UCRIT=31444

+DELTA=2.34 VMAX=55261 XJ=0.25U LAMBDA=0.037 NFS=1E+12 NEFF=1.001

+NSS=1E+11 TPG=1.0 RSH=70.00 PB=0.58

+CGDO=4.3E-10 CGSO=4.3E-10 CJ=0.0003 MJ=0.66 CJSW=8.0E-10 MJSW=0.24

其中，+为SPICE语法，表示续行。

5. 分压式共射放大电路如图所示。三极管的模型参数为:IS=1E-16, BF=100, RB=100;输入

交流信号，幅值为1。求电路的静态工作点，电压放大倍数，输入电阻及输出电阻。设交流分析为线性扫描，频率点数10，起始频率1KHZ，终止频率10KHZ。

根据题意编写SPICE程序。

答案：

*Amplifying circuit

VS 1 0 AC 1

RS 1 2 200

C1 2 3 3.3U

RB1 3 7 100K

RB2 3 0 20K

Q1 4 3 5 MQ

RC 7 4 3.3K

RE 5 0 1K

CE 5 0 50U

C2 4 6 3.3U

RL 6 0 5.1K

VCC 7 0 12

.MODEL MQ NPN(IS=1E-16 BF=100 RB=100)

.OP

.AC LIN 10 1K 10K

.PLOT AC V(6)/V(2) V(2)/I(RS) V(6)/I(RL)

.END

五、实践

理想放大器电路设计与仿真

1、电路原理图

放大器: 增加信号幅度或功率的装置，它是自动化技术工具中处理信号的重要元件，其作用是用输入信号控制能源来实现的，放大所需功耗由能源提供。对于线性放大器，输出就是输入信号的复现和增强，对于非线性放大器，输出则与输入信号成一定函数关系。

理想放大器: 实际运放的开环电压增益非常大，可以近似认为A=∞，此时，有限增益运放模型可以进一步简化为理想运放模型，简称理想运放。

电路原理图如下：

图1 简化的放大器电路

电路说明：用Hspice分析上图简化的放大器的暂态响应，利用电压控制电压源（E:VCVS）模拟简化放大器，其增益为5。另外，利用一峰值为1V,60Hz的正弦输入以一观察节点3的输出波形。

2、HSPICE编程：

* Macro model of simplified op amp *

Vp 1 0 sin(0 1 60)

R1 1 2 1K

R2 2 0 100K

E1 3 0 2 0 5

R3 3 4 1K

R4 4 0 1K

C1 4 0 1U

.tran 1m 20m