第七讲HSPICE

六种基本的交流分析
交流小信号分析(.AC)
极零点分析(.PZ)
summary
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)
命令语句
1.直流分析
电路性能仿真
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
输入控制
.END
TRAN sweep information (in tran run.lis file)
a simple ac run ****** transient analysis ******
tnom= 25.000 temp= 25.000
time voltage voltage current current
交流噪声
噪声：有用信号外的某些电子干扰。 噪声来源：电阻和半导体器件。 输出噪声：每个器件的噪声源在AC分析的每个频率点计算出相应
的噪声，并传送到一个输出节点。
噪声的定义
电路总的输出噪声：一定的频率下，各个噪声源计算所得 噪声在该点进行 RMS (均方根)相加：
注释：
I：由各个端点噪声产生的等效电流 Z：噪声源与输出之间的等效电阻 n：与电路中所有电阻、MOSFET、二极管、JFET 和BJT 有 关的噪声源数目。
一般形式：
单端口网络：.NET input < RIN=val>
双端口网络：.NET output input <ROUT=val> <RIN=val>
注释： input 交流输入电压或电流源名 output 输出端口变量百度文库RIN/ROUT：输入输出电阻
例：.NET V(10,30) VINAC ROUT=75 RIN=50
第七讲 HSPICE网表的语法(续)
纲要
31
基本语法
2 标题、结束及注释语句
3
电路描述语句
4
命令语句
命令语句
1.直流分析
电路性能仿真
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
输入控制
输出控制
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)
零输入响应 零状态响应 全响应
瞬态分析的初始条件
直流工作点(静态工作点) 必须配合.OP语句，以直流工作点为初始条件。
直流工作点为初始条件常常出现不收敛！
HSPICE的收敛问题：Internal time step too small！
迭代算法，无法收敛到1pA或1uV
•模型参数不连续 •不适当的.OPTIONS •初始条件不合适
如.IC 语句和.NODESET语句共存时，.IC 语句将取代.NODESET 语句。
瞬态分析.TRAN
一般形式：
.TRAN TSTEP TSTOP <TSTART> <UIC>
注释：
TSTEP：瞬态分析的步长。 TSTOP：分析终止时间。 TSTART：分析的起始时间，若不写，默认为0.
注意：瞬态分析总是从时间0开始分析，到稳态结束。但只打印TSTART到 TSTOP时间段的结果。
R1 1 2 1K
R2 2 0 1K
C1 2 0 .001U
V1 1 0 10 AC 1 PULSE 0 5 10N 20N 20N 500N 2U
.OPTIONS LIST NODE POST
.OP
.TRAN 10N 2U
$仿真区域为0~2us
.PRINT TRAN V(1) V(2) I(R2) I(C1)
= 286.9260p /rt hz
**** the results of the sqrt of integral (v**2 / freq)
from fstart upto 1.0000 hz. using more freq points
results in more accurate total noise values.
.TRAN分析的几种表现形式和例子
q .TRAN 1NS 100NS UIC
分析和打印瞬态分析结果，从0~100ns，每1ns打印一次。忽略初始直流工作 点，以.IC规定的节点电压或电流值或某个元器件两端的初始电压值作为初始条件。
q .TRAN .1NS 25NS 1NS 40NS START=10NS
单位：V2/Hz
噪声的定义
电路总的输入噪声：一定的频率下，总的输出噪声除以电 路电压(或电流)增益或者传输函数。单位：V2/Hz
均一化噪声：(onoise/BW)0.5，单位：V H z
交流噪声分析.NOISE
一般形式：
.NOISE OVV srcnam inter
注释：
OVV：指定节点总的噪声输出电压。 srcnam：是作为噪声输入基准的独立电压源或独立电流源 inter：打印噪声分析结果的频率间隔
2.00000u 0. 85.8690m 85.8690u -171.7379u
.TRAN分析结果输出—电压
V(1)=PULSE 0 5 10n 20n 20n 500n 2u
V(2)
? V(2), Right
.TRAN分析结果输出—电流
I(C1) I(R2) I(R1)
? Right
.TRAN分析中初始条件作用举例
分析和打印10ns~25ns，步长为0.1ns；25ns~40ns，步长1ns.
q .TRAN 10NS 1US UIC SWEEP TEMP -55 75 10
对温度-55, -45…~75分别进行瞬态扫描，时间从从0~1us，步长10ns。初始条件 为IC规定的。
q .TRAN 10NS 1US SWEEP Cload POI 3 1pF 5pF 10pF
更改模型 更改初始条件
瞬态分析初始条件的设定
初始条件语句一般形式：
.IC var1=val1 <var2=val2> <…>
.DCVOLT V(node1)/node1=val1 <…>
注例释：： V.aICr1/2V…(1：1设) =置5初V始(值4)的=变-5量V名(称2)，=如2.电2 压V(1)指节点1的电压，
.DI(CR)V指O通L过T 电11阻R5的4电-流5 等2 。2.2
node：节点名。 注意：.IC可以设置任意变量初始值，而.DCVOLT只能设置电压
初始值。
瞬态分析初始条件的设定
节点电压语句一般形式：
.NODESET V(node1) = val1 <V(node2) = val2...> 或 .NODESET node1 val1 <node2 val2...>
断开)、电路中元件参数的改变。 换路定理1：在换路瞬间，电容上的电压、电感
中的电流不能突变。这就意味着瞬态分析中需要 设置初始条件。 换路定理2：换路瞬间，电感相当于理想恒流源I0， 电容相当于理想恒压源U0
瞬态分析
瞬态分析目的：
低阶电路的时间常数τ的物理意义？ 瞬态分析的目的：电路的响应速度。 电路的瞬态响应：
1
2
r2
c1
0.
0.
0.
0.
0.
10.00000n 0.
0.
0.
0.
20.00000n 2.5000 16.5070m 16.5070u 2.4670m
30.00000n 5.0000 49.7294m 49.7294u 4.9005m
…
…
…
1.99000u 0. 87.7574m 87.7574u -175.5147u
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
Task2: A SIMPLE AC RUN tran run.sp R1 1 2 1K
R2 2 0 1K
C1 2 0 .001U IC=0V
例： .NODESET V (12) = 4.5 V(4) = 2.23 .NODESET 12 4.5 4 2.33
瞬态分析初始条件的设定
初始条件设置的三种形式： ①：IC=?，描述元器件两端的初始电压。
如：C1 2 0 1uF IC=2V ②：初始条件语句.IC ③：节点电压语句.NODESET(.DCVOLT) 优先次序：(1) IC = ... (2) .IC (3) .NODESET。
noise run
**title
****** noise analysis
tnom= 25.000 temp= 25.000
① frequency = 1.0000 hz
**** resistor squared noise voltages (sq v/hz)
element 0:r1
rs 8.233e-20
注意：交流噪声分析时必须进行交流小信号分析。
举例： ： .NOISE V(5) VIN 10
.AC DEC 10 1 100MEG 思考：本例共计算了几个频率点的交流噪声？
.NOISE 举例
例：求出图中输出节点2的噪声，频率范围1Hz~100MEGHz，20
Task1:
个点打印一次。
Noise run.sp
噪声叠加分析.SAMPLE
噪声叠加分析：对模拟信号数据采样的采样噪声进行分析。 得到某输出节点各采样值的噪声(对各噪声的叠加)
一般形式： .SAMPLE
注释： FS=freg：数据采样频率
FS=freg
交流网络分析.NET
交流网络分析：进行交流小信号分析时，计算输入输出阻抗 矩阵(Z矩阵) 、导纳 矩阵(Y矩阵)混合矩阵(H 矩阵)和散射 矩阵(S 矩阵)的参数
输出控制
瞬态分析
瞬态分析：
也称为时域的暂态分析(时域分析)，是指对所选 定的电路节点的时域响应进行分析，即观察该节 点在整个显示周期中每一时刻的波形。
KR
uC
+
E
_
uC
E C 旧稳态
开关闭合的过程
暂态 新稳态 t
瞬态分析
瞬态分析条件：
电路中含有储能元件，如电容、电感等。 换路的条件：电源值的升高与降低(包括接通与
noise run
****** noise analysis ******
② frequency = 100.0000
… …
tnom= 25.000 temp= 25.000 hz
交流分析
交流小信号分析(.AC) 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)
V1 1 0 10 AC 1 PULSE 0 5 10N 20N 20N 500N 2U
.OPTIONS LIST NODE POST
.OP
.TRAN 10N 2U UIC
$仿真区域为0~2us
.PRINT TRAN V(1) V(2) I(R2) I(C1)
瞬态分析.TRAN
一般形式：
.TRAN TSTEP TSTOP <TSTART> <UIC>
注释：
UIC：①当.TRAN语句中规定了UIC参数，HSPICE不去计算初始直流工作点， 而用.IC语句规定的节点电压计算电路中的初始条件。这时，要仔细设置 各个节点的直流电压值。 ②当.TRAN语句未规定UIC参数时，HSPICE在瞬态分析前先计算直流 工作点。这时，若有.IC语句，则仅当作求解直流工作点时相应的节点初 始值。而瞬态分析忽略这些电压限制。
对负载参数电容Cload为1pf，5pf以及10pf时分别进行瞬态扫描，时间从0~10pf， 步长为10ns。POI代表参数列表。
.TRAN举例(1)
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。输入V1增加了一个脉冲 函数。
.TRAN举例(1)
Task1: tran run.sp A SIMPLE AC RUN
A simple noise run R1 1 2 5 C1 2 0 500pf V1 1 0 0 AC=10V, 37 .AC DEC 10 1 100MEG .noise v(2) v1 20 .END
1 R1=5
V1
+
AC 10V -
2 C1=500P
0
Output noise information (in noise run.lis file)
1/f 0.
total 8.233e-20
rx 5.0000
**** total output noise voltage = 8.233e-20 sq v/hz
= 286.9260p v/rt hz
transfer function value:
v(2)/v1
= 1.0000
equivalent input noise at v1