Hspice电路仿真教程(课堂PPT)
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第一讲HSPICE教程文件
流片工厂提供的模型，如Level 49和Mos 9、 EKV等，无法直接进行计算或估算，需要用电 路仿真软件进行仿真，以便得到精确的结果。如
Hspice
Hspice提取模型，是利用提取元件库的形式.lib, 元件库一般由工厂提供。
31
信号与系统
集成电路特征线宽
微米： Micrometer: >1.0um 亚微米：0.8um 0.6um 深亚微米：0.5um 0.35um 0.25um 超深亚微：0.25um 0.18um 0.13um 纳米：0.09um (90nm) 0.07um (70nm)
用户界面友好，性价比高，主要应用于PCB板和系统级的设 计
14
信号与系统
HSpice和PSpice
最著名的两个商业软件
Hspice：
Meta-software 公司于1980基于spice开发，1989 年PC版本发布 现为Synopsys公司产品 它没有前端输入环境，需要事前准备好网表文件，可与Cadence，
Tanner，viewlogic的软件配合使用。 Hspice是事实上的Spice工业标准仿真软件，在业内应用广泛，它具有
精度高、仿真功能强大等特点。主要应用于集成电路设计。
15
信号与系统
HSPICE2007的安装(一)
16
信号与系统
HSPICE2007的安装(二)
必须 安装 在全 英文 路径 下！
4.点击主界面Edit LL,查看.lis输出文件里面是否有error， 有则修改代码，重新仿真
23
信号与系统
HSPICE的使用流程(四)
5.点击Avanwaves，查看仿真结果
24
信号与系统
HSPICE的使用流程(五)
第一讲HSPICE
选项设置
8 Analysis statement 仿真类型描述
9 .print/.plot/.graph/ 输出方式描述
.probe
10 .end
结束语句
.sp文件的形式输入！
1.标题语句 2.电路描述语句
3.命令语句 4.结束语句
Hspice 的网表举例
例：
1A SIMPLE AC RUN 标题
THINKING! THINKING! THINKING!
课堂总结
HSPICE HSPICE
今天学到的
集
成
电
路
网
设 计 与
的 安 装 及
表 及 说 明
使
用
今天就到这里吧!
谢谢大家
仿真核心：美国加州大学Berkeley分校开发的 SPICE模拟算法
最著名的两个商业软件：Pspice和Hspice
HSpice和PSpice 最著名的两个商业软件 Pspice：
1984年Microsim公司开发完成 第一个用于PC平台的SPICE模拟器，现为Cadence公司 产品 Pspice是个人用户的最佳选择，具有图形化的前端输入环境，
Hspice的使用流程
.sp file
Hspice网表输入格式
1 .title
标题
2 Sources (I or V)
输入激励和源
3 circuit description 电路元件描述语句
4
.lib
元件库引用
5 .model libraries
元件模型描述
6
.inc
文件包含语句
7 .options
沙子－高纯硅片－芯片 单位价值超过黄金
第3讲-Hspice电路仿真教案资料
Lec3 HSPICE的使用
徐江涛
电子信息工程学院
主要内容
3.1 HSPICE的流程与功能 3.2 HSPICE输入与输出 3.3 电路网表 3.4 模型卡 3.5 控制卡 3.6 输出控制 3.7 HSPICE的输出 3.8 Awaves浏览波形
3.1 HSPICE的流程与功能
+++：表示只有当应用了.FFT语句后该文件才被确立。
MetaWave(avanwaves)：观察波形(post-processor), 人机交互界面
3.3电路网表
.TITLE 语句 .TITLE <string of up to 72 characters> 或者： <string of up to 72 characters>
简单电路正向设计的典型流程 1. 功能定义 2. 行为设计 3. 逻辑级电路设计——得到由基本逻辑单元组成的 电路（数字电路） 4. 逻辑级仿真（迭代） 5. 选择合适的工艺库。把各基本功能单元映射至其 上；或设计各单元晶体管级电路——得到电路级 网表
Hspice是什么？—从设计流程说起
6. 电路级仿真：验证各单元电路是否具有期望的功 能，性能估计。（迭代）
Wave Data
后处理
Analysis
MetaLib CDF Symbol Library
Parameter Changes
反标注
Hspice有哪些功能？
§ 电路级和行为级仿真 § 直流特性分析、灵敏度分析 § 交流特性分析 § 瞬态分析 § 电路优化（优化元件参数） § 温度特性分析 § 噪声分析 § 傅立叶分析 § Monte Carlo, 最坏情况，参数扫描，数据表扫描 § 功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可
徐江涛
电子信息工程学院
主要内容
3.1 HSPICE的流程与功能 3.2 HSPICE输入与输出 3.3 电路网表 3.4 模型卡 3.5 控制卡 3.6 输出控制 3.7 HSPICE的输出 3.8 Awaves浏览波形
3.1 HSPICE的流程与功能
+++：表示只有当应用了.FFT语句后该文件才被确立。
MetaWave(avanwaves)：观察波形(post-processor), 人机交互界面
3.3电路网表
.TITLE 语句 .TITLE <string of up to 72 characters> 或者： <string of up to 72 characters>
简单电路正向设计的典型流程 1. 功能定义 2. 行为设计 3. 逻辑级电路设计——得到由基本逻辑单元组成的 电路（数字电路） 4. 逻辑级仿真（迭代） 5. 选择合适的工艺库。把各基本功能单元映射至其 上；或设计各单元晶体管级电路——得到电路级 网表
Hspice是什么？—从设计流程说起
6. 电路级仿真：验证各单元电路是否具有期望的功 能，性能估计。（迭代）
Wave Data
后处理
Analysis
MetaLib CDF Symbol Library
Parameter Changes
反标注
Hspice有哪些功能？
§ 电路级和行为级仿真 § 直流特性分析、灵敏度分析 § 交流特性分析 § 瞬态分析 § 电路优化（优化元件参数） § 温度特性分析 § 噪声分析 § 傅立叶分析 § Monte Carlo, 最坏情况，参数扫描，数据表扫描 § 功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可
HSPICE仿真课件
2013-11-04
13
输入输出文件
2013-11-04
14
数量级的工程符号
2013-11-04
15
输入文件的例子
2013-11-04
16
输入文件的例子
2013-11-04
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HSPICE的输入 输入行格式
• 文件名、语句、等式的长度不能超过256字符； • 上标和下标将被忽略； • 对英文字符大小写不敏感 • 用加号（+）表示续行，此时加号应该是新续之行的 第一个非空格字符； • 星号（*）和美圆符号（$）可以引出注释行，但*必 须是每行第一个字母，而$一般跟在一个语句后，并 与语句有至少一个空格。
2013-11-04
23
HSPICE的语句 使用子电路
2013-11-04
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HSPICE的语句 .model引导模型说明语句
• .MODEL 模型名 元器件类型 • 例如：nmos模型 • .model mod1 nmos VTO=1.0 KP=4.5E-5 +LAMBDA=0 GAMMA=0.4 TOX=1.0E-7 +NSUB=4.0E+15 LD=0.06U CJ=2.0E-4 MJ=0.5 +CJSW=2.0E-10 MJSW=0.4 CGSO=1E-10 +CGDO=1E-10 CGBO=2E-9 元器件参数
En
数字集成电路理论与设计
刘 涛
E-mail: ttlyz@
2013-11-04 1
声明
本课件所引用任何素材，包括但不限于文 字图片等，其版权均归原作者所有，这里 不一一列出，一并致谢！
2013-11-04
2
第四章 SPICE与MOS管模型
CMOS模拟集成电路实训H SPICE辅助设计教学PPT讲解学习
.end
内容
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H-SPICE概述
H-SPICE网表
Model & Sub circuits
Component
Source
Control
实训
(1)常用控制语句
• 直流工作点
• 直流扫描和直流小信号分析
• 交流扫描和小信号分析
• 瞬态分析
(2).OP直流工作点分析
• 语法格式
– .OP
• 瞬态分析结果
.lis
.tr#+
• 瞬态分析测量结果
• 直流分析结果
.mt#
.sw#+
• 直流分析测ห้องสมุดไป่ตู้结果
• 交流分析结果
.ms#
.ac#+
• 交流分析测量结果
• 输出状态
.ma#
.st#
• 工作点节点电压（初始条件） .ic
# ：代表扫描分析序号或者硬拷贝文件序号，一般从0 开始。
+：表示在用.POST语句产生图形数据后该文件才被确立。
• 网表文件第一行为标题行
• H-SPICE并不是所见即所得模式，但可以借助Cadence实现
内容
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H-SPICE概述
H-SPICE网表
Model & Sub circuits
Component
Source
Control
实训
(1)SPICE背景
• SPICE：Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
内容
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H-SPICE概述
H-SPICE网表
Model & Sub circuits
Component
Source
Control
实训
(1)常用控制语句
• 直流工作点
• 直流扫描和直流小信号分析
• 交流扫描和小信号分析
• 瞬态分析
(2).OP直流工作点分析
• 语法格式
– .OP
• 瞬态分析结果
.lis
.tr#+
• 瞬态分析测量结果
• 直流分析结果
.mt#
.sw#+
• 直流分析测ห้องสมุดไป่ตู้结果
• 交流分析结果
.ms#
.ac#+
• 交流分析测量结果
• 输出状态
.ma#
.st#
• 工作点节点电压（初始条件） .ic
# ：代表扫描分析序号或者硬拷贝文件序号，一般从0 开始。
+：表示在用.POST语句产生图形数据后该文件才被确立。
• 网表文件第一行为标题行
• H-SPICE并不是所见即所得模式，但可以借助Cadence实现
内容
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H-SPICE概述
H-SPICE网表
Model & Sub circuits
Component
Source
Control
实训
(1)SPICE背景
• SPICE：Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis
hspice仿真课件
• 点击Setup->Model Libraries..，进行如下设置：模型文件 为TSMC035/models/fp1/mm0355v.l(注意文件后缀名是字 母l，而不是数字1)
• //这里也不是上一节课中所选的模型文件
•
•
选择需要查看的信号：Outputs->To Be Plotted>Select On Schematic，在Schematic原理图中 点击2个Pin的连线（线会变颜色）。 运行仿真：选择Analyses->Choose下的tran， 设置Step1为1n，Stop1为30n，数字与n之间没 有空格，点击OK。单击Virtuoso Analog Design Environment窗口右边 Run simulation，即可得 到仿真波形图。点击工具栏的Axis---strips 将 输入输出分开。
• ADE环境下设置好仿真参数，导出netlist 修改该netlist，PSF=2改为POST=2
• 在Analog Design Environment下导出netlist文件， 如上图所示选择Simulation->Netlist->Create会把 网表信息保存到intput.ckt文件中
注意 • Hispice 仿真时，添加或修改路径时有dfII 是大写i ，不是1或L • Hispice 仿真时，Setup->Model Libraries..， 进行设置，模型文件为 TSMC035/models/fp1/mm0355v.1和 Spectre 仿真所用到文件不一样
hspice单独运行+ cscope/spice explorer
• 如上保存网表信息到inv_test.sp文件中
Hspice电路仿真教程ppt
模型说明举例：
上华模型之一（见）
……
控制卡
控制卡是输入文件的命令部分，告诉 要进行哪些操作和运算，并给出相关的 参数——如分析方式、输出的变量等。 其内容主要包括选项语句（)、分析命令 语句、输出控制语句几类。这些语句格 式的共同特点是都由保留字引导，后面 跟随相应的参数，在保留字前要加“.”
控制卡
例:对前面反相器链电路的直流工作点分 析。
控制卡——直流分析
:
扫描： 变量扫描 <变量扫描>···
扫描： < >(十进位）（倍频）（线 性）＝(列表）
－单位范围内的点数（依而定）。后的变量可 是电压、电流或温度等变量。
例：
. 描：
对前面反相器链的直流特性扫
...
（从到，步长） …
直流分析举例
例：分析反相器链的直流传输特性和工作点 ……
展的性能分析
的样子
是一个在 窗口中运行的程序，无图形化界面； 的输入网单文件是一个有特定格式的纯文本文 件——可在任意的文本编辑工具中编辑； 的输出也是一系列纯文本文件，根据不同分析 要求，输出不同扩展名的文件。如： 等。
的样子
的运行： 在运行之前，应该首先登录到工作 站上，并确保你的使用的权限和环境变量已设 好。 打开一个“终端”窗口，然后进入到你的工作 目录下。输入行命令运行。 有两种工作模式：提示行模式和非提示行模式
<(> < < < <>>>> <)> 是初始值，是峰值，是上升延迟时间，是上升时间常数， 是下降时间常数。
完整的网表部分举例
前面反相器链的网表： ……
() ……
模型卡
模型卡中列出了一系列元件的类型，并给出了各 类型元器件的有关参数，对于不同类型的元件，参数 的集合有不同的内容。一个模型对应于一类元件，不 同的元件可以对应同一模型，其中各元件间的参数值 可能不同，但参数集是一样的，一般值相同的参数的 值在模型说明中给出。模型卡的语句是一条条引导的 模型说明语句。每个模型有一个名字。
Hspice教程
第一章概论§1.1 HSPICE简介随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高，对电路性能的设计要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的EDA工具提出越来越高的要求。
自1972年美国加利福尼亚大学柏克莱分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）诞生以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的电路模拟分析工具不断涌现。
HSPICE是Meta-Software公司为集成电路设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的一个商业化通用电路模拟程序，它在柏克莱的SPICE（1972年推出），MicroSim公司的PSPICE （1984年推出）以及其它电路分析软件的基础上，又加入了一些新的功能，经过不断的改进，目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。
HSPICE可与许多主要的EDA设计工具，诸如Candence,Workview等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。
采用HSPICE软件可以在直流到高于100MHz的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。
在实际应用中，HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时，其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。
§1.2 HSPICE的特点与结构HSPICE除了具备绝大多数SPICE特性外，还具有许多新的特点，主要有：!优越的收敛性!精确的模型参数，包括许多Foundry模型参数!层次式节点命名和参考!基于模型和库单元的电路优化，逐项或同时进行AC，DC和瞬态分析中的优化!具备蒙特卡罗（Monte Carlo）和最坏情况（worst-case）分析!对于参数化单元的输入、出和行为代数化!具备较高级逻辑模拟标准库的单元特性描述工具!对于PCB、多芯片系统、封装以及IC技术中连线间的几何损耗加以模拟在HSPICE中电路的分析类型及其内部建模情况如图1.2.1和图1.2.2所示：图1.2.1HSPICE的电路分析类型图1.2.2 HSPICE的内部建模技术集成电路设计中的分析和验证是一种典型的围绕一系列结构的试验和数据管理。
HSPICE讲义--整理版
例： K34 LAA KXFTR L1
LBB L4
0.9999 K=0.87
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无源器件5-无损耗传输线
一般形式：
传输线长度
TXXX in refin out refout Z0=value TD=value 或TXXX in refin out refout Z0=value F=value NL=value 或TXXX in refin out refout Z0=value L=value
• 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
14
节点
• 结点名可以由以下任何字符打头：# _ ! %
Lvalue
TC=TC1,TC2
温度系数的缺省值为0，0 例： L1 1 2 10u LP 12 17 1u TC=0.001, 0 LXXX n1 n2 POLY L0 L1 L2 ... 电感值＝L0＋L1*I＋L2*I**2＋… ，I为流过电感的流
互感一般形式： KXXX LYYY LZZZ Kvalue KXXX LYYY LZZZ K=value 两耦合电感的名字: LYYY 和LZZZ 耦合系数: K , 0<k<=1
• 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，.GLOBAL 1 • 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。
第九讲HSPICE教学教材
TRIG：即trigger缩写，由它引导测量的起始参数。 TARG：即target缩写，由它引导测量的目标参数。
12
信号与系统
上升、下降和延迟测量
1 .meas tran tdlay trig vin val=2 rise=1 targ vout val=2 fall=1
2 .meas tran td trig vin val=“Vcc/2” fall=1 targ vout val= “Vcc/2” rise=1
电流
In(<X> W)。 其中n为元件的第n个节点，X为子电路名称，W为元件名。 表 示流过子电路X中元件W的第n个节点的电流。
功耗：
P(W/X)。W为元件名，可以为激励源，也可以为电路元件； 表3 示元件W或者子电路X的功耗。
信号与系统
输出参数设定方法
噪声
INOISE/ONOISE。 分别表示输入噪声和输出噪声。 要与NOISE连用，如.PRINT NOISE INOISE ONOISE
.PRINT TRAN V(in) V(out) .PRINT AC VM(4,2) VR(7) VP(8,3) II(R1) .PRINT NOISE INOISE
6
信号与系统
输出绘图语句.PLOT
作用：
对某种选定分析的结果在.lis文件中进行绘图输出。
一般形式
.PLOT antype ov1 <(plo1,phi1)>… ov32><(plo32,phi32)>
9
信号与系统
输出绘图语句.GRAPH
作用：
产生一个高分辨率的输出绘图结果。
这个语句与一个附加了一个可选模型的.PLOT 语句功能一样。 .GRAPH 语句产生一个.gr#图形数据文件，同时直接发送到一个缺 省的高分辨率图形发生器（由meta.cfg 配置文件中PRTDEFAULT 规定）。.gr#文件中的#表示存在的文件序号，.GRAPH 产生的.gr# 文件最大序号是36。.GRAPH 语句对HSPICE 的PC 版本不支持
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信号与系统
上升、下降和延迟测量
1 .meas tran tdlay trig vin val=2 rise=1 targ vout val=2 fall=1
2 .meas tran td trig vin val=“Vcc/2” fall=1 targ vout val= “Vcc/2” rise=1
电流
In(<X> W)。 其中n为元件的第n个节点，X为子电路名称，W为元件名。 表 示流过子电路X中元件W的第n个节点的电流。
功耗：
P(W/X)。W为元件名，可以为激励源，也可以为电路元件； 表3 示元件W或者子电路X的功耗。
信号与系统
输出参数设定方法
噪声
INOISE/ONOISE。 分别表示输入噪声和输出噪声。 要与NOISE连用，如.PRINT NOISE INOISE ONOISE
.PRINT TRAN V(in) V(out) .PRINT AC VM(4,2) VR(7) VP(8,3) II(R1) .PRINT NOISE INOISE
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信号与系统
输出绘图语句.PLOT
作用：
对某种选定分析的结果在.lis文件中进行绘图输出。
一般形式
.PLOT antype ov1 <(plo1,phi1)>… ov32><(plo32,phi32)>
9
信号与系统
输出绘图语句.GRAPH
作用：
产生一个高分辨率的输出绘图结果。
这个语句与一个附加了一个可选模型的.PLOT 语句功能一样。 .GRAPH 语句产生一个.gr#图形数据文件，同时直接发送到一个缺 省的高分辨率图形发生器（由meta.cfg 配置文件中PRTDEFAULT 规定）。.gr#文件中的#表示存在的文件序号，.GRAPH 产生的.gr# 文件最大序号是36。.GRAPH 语句对HSPICE 的PC 版本不支持
第十讲HSPICE
共源
>>1 >>1 反相 一般 一般 最多
共漏 约<=1 >>1 同相
大 小 隔离(中)
其他两种，实验！
共栅
>>1 约<=1 同相
小 大 高频(少)
几种常用的放大器结构
级联：带宽大，增益大 串接：电流及电压增益大 差分：电压增益大 反馈：稳定
串接式放大器
例：下图为一串接式放大器电路，求两级增益及带宽。
电路描述语句 命令语句
分析语句
三种基本的分析类型：
直流分析，交流分析以及瞬态分析。其他的所有分析都包 含在这些基本分析之中的。
各种分析语句含义？ 如何进行分析？（一般形式） 可以获得哪些结果 直流分析：.OP, .DC, .TF, .SENS
分析语句
交流分析：.AC, .PZ, .NOISE (频率响应) 瞬态分析：.TRAN, .FOUR (时间特性，时域响应)
$标题语句 $注释标识符 $续行标识符 $激励源描述 $电路元件描述 $子电路开始命令 $子电路电路描述 $子电路结束语句 $ 模型描述语句 $删除元件库调用 $调用库文件 $分析语句 $可选项语句 $变换状况分析命令 $变换的激励源 $变换的元件 $单个元件赋多个值命令 $多个元件赋值命令 $输出方式控制语句 $测量语句 $结束语句
增益下降到 A 0 2 时对应的fH-fL
交流分析，观察频谱
理想放大器： 输入电阻无限大，输出电阻为0，开环增益无限大，无限的带宽
基本放大器仿真—共源放大器 直流分析
例：下图为一简单共源放大器电路，求其输入、输出阻抗，
小信号增益以及带宽，并求出Rd=1k~30k变化时对增益的影
瞬态分析
第四讲HSPICE资料讲解
信号与系统
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)
15
信号与系统
子电路
16
信号与系统
子电路描述
子电路描述一般形式:
.SUBCKT(.MACRO) SUBNAME 具体电路描述 .ENDS <SUBNAME>
Level 1：简单MOSFET模型，常用于数字电路的模拟，精度低、 速度快 Level 2：耗尽型MOS，10µm 器件模拟分析 Level 3：2µm 器件数字分析 Level13，39，49：可进行亚微米及深亚微米模拟电路的分析， 精度高、速度慢
对电路设计工程师来说, 采用什么模型参数在很大程度上还取决 于能从相应的工艺制造单位得到何种模型参数.
LEVE3：1979
利用一阶泰勒展开取代3/2次项 引入实验性方程式，为半实验模型 CPU时间较少，适用于沟道长度~2um以上元件。
26
信号与系统
第二代元件模型
LEVEL13：1984年，BSIM1模型
使用较多的多项式描述。 适用于通道长度小于2um的MOS元件，实验参数较多 偶尔造成元件行为的不易控制。
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：LEVEL 1, LEVEL 2, LEVEL 3 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)
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信号与系统
LEVEL28：1990年，修正的BSIM1模型
由Meta-software公司开发，更加准确 可有效进行亚微米元件的模拟 解决了BSIM1的问题
基于HSPICE的二级运放设计与仿真PPT课件
数模混合设计课题组
0.5m CMOS工艺
指标
Vdd
VDD=5V
CL=10pf
Iref=100μA
AV=35
G.B.=9MHz
M3
1
要求
原理分析 工作点选取
IREF
Vin
HSPICE直流特性仿真
HSPICE交流特性仿真
M2
IO
Vout
M1 CL
数模混合设计课题组
一、直流分析：
Vdd
M3
1
IREF
Vin
M2
IO
Vout
M1 CL
数模混合设计课题组
Vdd
M3
1
IREF
Vin
M2
IO
Vout
M1 CL
数模混合设计课题组
二、交流分析：
Vdd
M3
1
IREF
Vin
M2
IO
Vout
M1 CL
数模混合设计课题组
三、仿真调试：
数模混合设计课题组
电源电压
0~5V
共模输入电压
固定在（VDD+VSS）/2
选择改变零点提高带宽，通过增大R减小零点， 经仿真，R=3K时满足要求,重新仿 真，得到图8的波形
图8 AC仿真 图形
观察波形，此时的相位裕度为60.1°，满足要求。查看AC的参数，如图9所示，发 现增益为81.86dB，单位增益带宽GBW为32.18MHz满足要求。再进行零极点分析， 此时次极点约为单位增益带宽GBW的2倍。而零点与极点较为接近，所以能够对相 位裕度的提升具有重要作用。
数模混合设计课题组
图7、零极点分布
观察图7可以发现，次级点P2为41MHZ，与理论设计的大于2倍的GBW即 60MHZ有一定差距（这是由于计算时忽略了分母的CC项），这是造成带宽 和相位裕度不足的主要原因，此时我们可以继续调节gm增大P2极点，或者 减小零点，从而抵消P2的影响。
hspice讲义
3 8/1 Mp 1 Mn 4/1 0 2
1
inv1
2
inv2
3
inv3
37
实例-子电路
.subckt inv 1 2 mp 2 1 vdd vdd pmod w=8u l=1u mn 2 1 0 0 nmod w=4u l=1u .ends .global vdd xinv1 1 2 inv xinv2 2 3 inv xinv3 3 1 inv
约定
实例
二极管
比例因子
F N M MEG T 1E-15 1E-9 1E-3 1E6 1E12 P U K G 1E-12 1E-6 1E3 1E9
实例-元器件
• ron 2 0 3MEG • c1 3 2 20p • mn d g s b mod1 w=1u l=1u 遵循“漏、栅、源、衬”的顺序 • mp d g s b pmod w=3u l=2u .model mod1 nmos ……
• 注意：必须安装在全英文路径下。
Hspice使用流程
流程： • 1.用windows的记事本新建一个文件，并将 其扩展名修改为.sp，例如改名为 inv.sp； • 2.选中并右键选择打开方式，选写字板或记 事本，然后编写hspice代码 。 • 3.用HSPICE进行仿真，并查看仿真结果 • 注意：.sp文件必须在全英文路径下。
. dc语句
Type:DEC(十进位）/OCT（倍频）/LIN（线性）/POI(列表）
Np－单位范围内的点数（依type而定） SWEEP后的变量可是电压、电流或温度等变量。
. dc语句
• 对指定的变量在指定的范围内进行扫描，每给一个变量的 扫描点，就对电路进行一次直流分析计算。对哪个变量扫 描，哪个变量就是自变量，即仿真图形里的横坐标。例如 对MOS管的Vgs进行DC扫描，检测Ids，则仿真图形得到MOS 管的转移特性曲线Ids-Vgs。 • .DC LIN Vin -0.5 0.5 0.01 • .DC Vin -0.5 0.5 0.01 • 表示对电压源Vin从-0.5V到0.5V进行线性扫描，步长为 0.01V
1
inv1
2
inv2
3
inv3
37
实例-子电路
.subckt inv 1 2 mp 2 1 vdd vdd pmod w=8u l=1u mn 2 1 0 0 nmod w=4u l=1u .ends .global vdd xinv1 1 2 inv xinv2 2 3 inv xinv3 3 1 inv
约定
实例
二极管
比例因子
F N M MEG T 1E-15 1E-9 1E-3 1E6 1E12 P U K G 1E-12 1E-6 1E3 1E9
实例-元器件
• ron 2 0 3MEG • c1 3 2 20p • mn d g s b mod1 w=1u l=1u 遵循“漏、栅、源、衬”的顺序 • mp d g s b pmod w=3u l=2u .model mod1 nmos ……
• 注意：必须安装在全英文路径下。
Hspice使用流程
流程： • 1.用windows的记事本新建一个文件，并将 其扩展名修改为.sp，例如改名为 inv.sp； • 2.选中并右键选择打开方式，选写字板或记 事本，然后编写hspice代码 。 • 3.用HSPICE进行仿真，并查看仿真结果 • 注意：.sp文件必须在全英文路径下。
. dc语句
Type:DEC(十进位）/OCT（倍频）/LIN（线性）/POI(列表）
Np－单位范围内的点数（依type而定） SWEEP后的变量可是电压、电流或温度等变量。
. dc语句
• 对指定的变量在指定的范围内进行扫描，每给一个变量的 扫描点，就对电路进行一次直流分析计算。对哪个变量扫 描，哪个变量就是自变量，即仿真图形里的横坐标。例如 对MOS管的Vgs进行DC扫描，检测Ids，则仿真图形得到MOS 管的转移特性曲线Ids-Vgs。 • .DC LIN Vin -0.5 0.5 0.01 • .DC Vin -0.5 0.5 0.01 • 表示对电压源Vin从-0.5V到0.5V进行线性扫描，步长为 0.01V
第二讲HSPICE
8
信号与系统
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)
+
CT势垒电容 CD扩散电容 gD增量电导 g1漏电导
-
rs寄生电阻
二极管交流小信 号等效电路
26
信号与系统
晶体二极管(2)
nplus nminus mname <area=value, area>
一般形式:
DXXX
+<PJ=value> <WP=value> <LP=value> <WM=value> +<LM=value> <OFF> <IC=vd> <M=value> <DTEMP=value> 注释： DXXX：二极管元件名，必须以D开头，后面最多跟15个字符。 nplus/nminus: 二极管的正端(阳极)和负端(阴极) mname: 二极管模型名
14
信号与系统
纲
3 1
要
ห้องสมุดไป่ตู้
基本语法 标题、结束及注释语句
2
3
电路描述语句
命令语句
信号与系统
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)
+
CT势垒电容 CD扩散电容 gD增量电导 g1漏电导
-
rs寄生电阻
二极管交流小信 号等效电路
26
信号与系统
晶体二极管(2)
nplus nminus mname <area=value, area>
一般形式:
DXXX
+<PJ=value> <WP=value> <LP=value> <WM=value> +<LM=value> <OFF> <IC=vd> <M=value> <DTEMP=value> 注释： DXXX：二极管元件名，必须以D开头，后面最多跟15个字符。 nplus/nminus: 二极管的正端(阳极)和负端(阴极) mname: 二极管模型名
14
信号与系统
纲
3 1
要
ห้องสมุดไป่ตู้
基本语法 标题、结束及注释语句
2
3
电路描述语句
命令语句
电路仿真HSpiceV2-0PPT课件
2021/7/23
19
Hspice的使用流程
版图参数提取 测试方案设计
芯片制造 测试与分析
修改电路参数、拓扑
2021/7/23
7
进行电路仿真的要素
设计Байду номын сангаас标和性能要求
电路拓扑结构
工艺条件 模型参数
仿真器
电路设计结果
2021/7/23
8
业界主流集成电路仿真软件
Spice： Hspice，Pspice，Tspice， Wspice…
其它仿真软件：
2021/7/23
13
Hspice的特征：
• 优秀的收敛性
• 精确的模型，包括许多加工模型
• 层次节点命名参考
• 对模型和电路单元的最优化，在AC，DC 和瞬态仿真中，带有递增和同步的多参数 优化。
• 带解释的Monte Carlo和极坏设计支持可参 数化单元的输入输出及行为算术描述.
2021/7/23
A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .END
2021/7/23
2021/7/23
18
3．使用一个编辑器去看.lst和.st0文件以检查仿真的 结果和状态。
4．运行AvantWaves并且打开.sp文件。
从结果浏览器窗口中选择quickAC.ac0文件以观察 波形。quickAC.lis显示了输入网表，详细组成和 拓扑图，工作点(operating point)信息和当输入至 1KHz至1MHz变动时的请求表。quickAC.ic和 quickAC.st0分别包含一些直流工作点信息和 Hspice的运行状态信息。工作点情况可以用作后 面的使用.LOAD语句的仿真运行。
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Must Rely on Sub-Models for Behavior of Various Circuit Elements
Simple (e.g. Resistor) Complex (e.g. MOSFET)
4
Spice Overview
Circuit Analysis tool for Simulation of Electrical Circuits in Steady-State, Transient, and Frequency Domains. Spice tools available: SBTSPICE, HSPICE, Spectre, TSPICE, Pspice, Smartspice ... Most of the SPICE tools are originated from Berkeley’s SPICE program, therefore support common original SPICE syntax Basic algorithm scheme of SPICE tools are similar, however the control of time step, equation solver and convergence control might be different.
键入hspice, 然后回车； 系统会提示你输入一些参数，比如 Enter input file name: 此时输入你的HSPICE网表文件，缺省的扩展名为.sp Enter output file name or directory: [<filename.lis>] 缺省值为输入HSPICE网表文件名加上.lis扩展名。但.sp 和.lis 并不是必须。除此之外，还有一些参数（这些参数 的隐含值一般不需要更改），直接回车即可。等你按照系 统的提示确定所有的参数后，HSPICE就开始运行。
11
Hspice的样子
HSPICE 的运行： 在运行HSPICE之前，应该首 先登录到SUN工作站上，并确保你的使用 HSPICE的权限和环境变量已设好。 打开一个“终端”窗口，然后进入到你的工作 目录下。输入行命令运行。 hspice有两种工作模式：提示行模式和非提示 行模式
12
两种工作模式——提示行模式
.title A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .END
状态 了解电路的输入信号特性 了解电路各项指标的相依性及优先度 了解电路结构、元件参数与各项电路特性的相关性，
以便于模拟结果的改进
8
Hspice的流程
Schematic
前端功能
Netlister
HSPICE Netlist
HSPICE Simulation
Wave Data
后处理
Analysis
扩展的性能分析
10
Hspice的样子
Hspice是一个在cmd shell窗口中运行的程序， 无图形化界面； Hspice的输入网单文件是一个有特定格式的纯 文本文件——可在任意的文本编辑工具中编辑； Hspice的输出也是一系列纯文本文件，根据不 同分析要求，输出不同扩展名的文件。 如：.lis .mt0 .dat .smt等。
5
Spice Overview
SPICE Simulation Algorithm - DC
6
Spice Overview
SPICE Simulation Algorithm - Transient
7
Spice Overview
在用Spice进行电路仿真之前，应：
了解元件的基本特性 熟悉所设计的电路功能 了解需要验证的电路指标和对应的模拟种类、电路
3
Spice Overview
SPICE : Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis Developed by UC Berkeley Numerical Approach to Circuit Simulation Circuit Node/Connections Define a Matrix
第五讲
Hspice电路仿真
1
Outline
Spice Overview
Hspice
网单文件
电路网表 模型卡 控制卡
到网络学堂上下载 Hspice手册：Hspice.pdf
浏览输出波形
两个Hspice电路分析例子
2
Spice Overview
Circuit simulation backgroud
13
Байду номын сангаас
两种工作模式——非提示行模式
一般情况下的输入举例如下： hspice demo.sp 或者 hspice demo.sp => demo.lis
14
Hspice的输入——网单文件
文件结构：
.title options Analysis statement .print/.plot/.graph/.probe Sources (I or V) netlist
.lib .model libraries
.end
输入文件的标题 设置模拟的条件 设置扫描变量、设置分析模式 设置输出结果的显示方式 设置输入激励
电路网表 元件库 元件模型描述 结束语句
15
Hspice的输入——网单文件
例(Hspice netlist for the RC network circuit)：
MetaLib CDF Symbol Library
Parameter Changes
反标注
9
Hspice的具体功能
§电路级和行为级仿真 §直流特性分析、灵敏度分析 §交流特性分析 §瞬态分析 §电路优化（优化元件参数） §温度特性分析 §噪声分析 §傅立叶分析 §Monte Carlo, 最坏情况，参数扫描，数据表扫描 §功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可
Simple (e.g. Resistor) Complex (e.g. MOSFET)
4
Spice Overview
Circuit Analysis tool for Simulation of Electrical Circuits in Steady-State, Transient, and Frequency Domains. Spice tools available: SBTSPICE, HSPICE, Spectre, TSPICE, Pspice, Smartspice ... Most of the SPICE tools are originated from Berkeley’s SPICE program, therefore support common original SPICE syntax Basic algorithm scheme of SPICE tools are similar, however the control of time step, equation solver and convergence control might be different.
键入hspice, 然后回车； 系统会提示你输入一些参数，比如 Enter input file name: 此时输入你的HSPICE网表文件，缺省的扩展名为.sp Enter output file name or directory: [<filename.lis>] 缺省值为输入HSPICE网表文件名加上.lis扩展名。但.sp 和.lis 并不是必须。除此之外，还有一些参数（这些参数 的隐含值一般不需要更改），直接回车即可。等你按照系 统的提示确定所有的参数后，HSPICE就开始运行。
11
Hspice的样子
HSPICE 的运行： 在运行HSPICE之前，应该首 先登录到SUN工作站上，并确保你的使用 HSPICE的权限和环境变量已设好。 打开一个“终端”窗口，然后进入到你的工作 目录下。输入行命令运行。 hspice有两种工作模式：提示行模式和非提示 行模式
12
两种工作模式——提示行模式
.title A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .END
状态 了解电路的输入信号特性 了解电路各项指标的相依性及优先度 了解电路结构、元件参数与各项电路特性的相关性，
以便于模拟结果的改进
8
Hspice的流程
Schematic
前端功能
Netlister
HSPICE Netlist
HSPICE Simulation
Wave Data
后处理
Analysis
扩展的性能分析
10
Hspice的样子
Hspice是一个在cmd shell窗口中运行的程序， 无图形化界面； Hspice的输入网单文件是一个有特定格式的纯 文本文件——可在任意的文本编辑工具中编辑； Hspice的输出也是一系列纯文本文件，根据不 同分析要求，输出不同扩展名的文件。 如：.lis .mt0 .dat .smt等。
5
Spice Overview
SPICE Simulation Algorithm - DC
6
Spice Overview
SPICE Simulation Algorithm - Transient
7
Spice Overview
在用Spice进行电路仿真之前，应：
了解元件的基本特性 熟悉所设计的电路功能 了解需要验证的电路指标和对应的模拟种类、电路
3
Spice Overview
SPICE : Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis Developed by UC Berkeley Numerical Approach to Circuit Simulation Circuit Node/Connections Define a Matrix
第五讲
Hspice电路仿真
1
Outline
Spice Overview
Hspice
网单文件
电路网表 模型卡 控制卡
到网络学堂上下载 Hspice手册：Hspice.pdf
浏览输出波形
两个Hspice电路分析例子
2
Spice Overview
Circuit simulation backgroud
13
Байду номын сангаас
两种工作模式——非提示行模式
一般情况下的输入举例如下： hspice demo.sp 或者 hspice demo.sp => demo.lis
14
Hspice的输入——网单文件
文件结构：
.title options Analysis statement .print/.plot/.graph/.probe Sources (I or V) netlist
.lib .model libraries
.end
输入文件的标题 设置模拟的条件 设置扫描变量、设置分析模式 设置输出结果的显示方式 设置输入激励
电路网表 元件库 元件模型描述 结束语句
15
Hspice的输入——网单文件
例(Hspice netlist for the RC network circuit)：
MetaLib CDF Symbol Library
Parameter Changes
反标注
9
Hspice的具体功能
§电路级和行为级仿真 §直流特性分析、灵敏度分析 §交流特性分析 §瞬态分析 §电路优化（优化元件参数） §温度特性分析 §噪声分析 §傅立叶分析 §Monte Carlo, 最坏情况，参数扫描，数据表扫描 §功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可