CMOS实验课1HSPICE介绍

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CMOS译码器设计与HSPICE仿真

《集成电路设计》课程设计报告基于HSPICE的晶体管级电路设计与仿真题目：CMOS2-4译码器设计与HSPICE仿真学院专业班级学生姓名指导教师提交日期目录一、设计目的 (1)二、设计要求和设计指标 (1)三、设计内容 (1)CMOS2-4译码器原理及电路设计 (1)门级设计 (1)门的CMOS实现 (2)仿真结果与分析 (5)四、总结 (7)五、主要参考文献 (10)一、设计目的熟悉《数字集成电路设计》课程,学习Hspice软件的使用，以及.sp文件的编写，进一步理解掌握CMOS设计组合逻辑电路与时序逻辑电路的基本知识，继而熟练地运用半导体集成电路知识。

二、设计要求和设计指标（1）了解C2MOS 主从正沿触发寄存器的电路结构、电路原理；（2）了解电路具体参数，包含的晶体管数目、晶体管尺寸、连线情况等；（3）利用HSPICE软件，编写.sp 文件；（4）仿真该sp 文件，得出描述电路性能的函数图线、波形等参数；（5）在具体的软硬件实验环境中，进行设计模拟、仿真和调试，解决设计调试中的具体问题；得出结论，并完成设计。

三、设计内容CMOS2-4译码器原理及电路设计门级设计译码器是组合逻辑电路的一个重要器件，把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。

译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。

而CMOS2-4译码，是将其输入的两位二进制代码“00”“01”“10”“11”进行翻译，从而控制电路的输出线路，实现四路译码的过程。

其真值表如图表1所示：A B Y0Y1Y2Y3000111011011101101111110图表1由图表1可以得到CMOS2-4译码器的布尔表达式为：Y0=Y1=Y2=Y3=从而可以得到CMOS2-4译码器门级设计的电路图，如图表2：123U1A 12U5A123U6A123U2A 12U4A123图表2这样，通过两个非门和四个与非门就可以实现如图表1中的真值表所示的逻辑功能。

电子科技大学CMOS模拟集成设计Hspice仿真

饱和区 0 < VGS – VTHｎ＜ VDS
I DSn =
且 [1-1]
1 W K n ( ) n (VGS − VT ) 2 (1 + λ nV DS ) 2 L
其中Ｋｎ
是跨导参数，ＶＴ是ＮＭＯＳ阀值电压，Ｗ和Ｌ是ＮＭＯＳ的宽
和长度，λｎ是沟道长度调制系数。
3.2.3 模拟电路中 CMOS 工作在饱和状态区 CMOS 工艺中 NMOS 和 PMOS 用于模拟电路设计时必须工作在饱和区。这一现象由 MOSFET 的小信号模型的线性特征所决定。 gm = ∆ids W ≅ K n ( ) n (VGS − VT ) ∆v gs L
Hspice 的输入电路程序典型格式如下： *标题描述电路主体电路描述（资料叙述）资料叙述）分析形态（控制叙述）控制叙述）（输出叙述）输出叙述） .END (结束叙述) （*引导的注解叙述可安插入其内任一行）引导的注解叙述可安插入其内任一行）
Байду номын сангаас
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
9
图 1-13 Hspice Installing
6.
Click “OK”以忽略安装中的 Warnings 如图 1-14。
图 1-14 安装中 Warnings
7. 如图 1-15,Click “OK”以确论 license 文件的路径变量设置的要求信息。HSPICE2008 安装完成后，再设置系统环境变量。
3
从而和源（S）、漏（D）两端 p 形成 p 沟道。当 D 和 S 之间有压差，PMOS 就会导通，形成源漏电流 ISDp。

01-SPICE基础分析

.end
结束语句
四、SPICE的基础分析
直流与灵敏度分析暂态分析与时域响应交流与频率响应分析
1.直流分析
首先求出电路直流工作点，此时电路内的电感视为短路，电容视为开路。直流分析会计算出电路的某个输入电源在某一个范围变化时，则电路内某个元件或节点的输出变化，我们可以用DC分析的功能来求出放大器或电路的转移函数，以及寻找Logic 的高低电位切入点。
输出结果绘图
性能满足要求？最终电路设计方案
（3）电路/系统设计
（4）什么是仿真？
仿真：预测生产出来的电路/或系统的性能 Fra bibliotek
功能仿真逻辑/门级仿真开关/晶体管级仿真电路仿真器件仿真
（5）电路仿真背景
（6）SPICE仿真算法-DC
（7）SPICE仿真算法-Transient
.DC：直流参数扫描，电源值扫描、温度扫描等 .dc:
扫描：.DC 变量1扫描 <变量2扫描>··· 扫描：.DC var1 START STOP STEP/<SWEEP var2 type np start2 stop2>,type-DEC(十进位）/OCT（倍频） /LIN（线性）/DATA＝datanm/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。例：.DC xval 1k 10k .5k SWEEP TEMP LIN 5 25 125 ... VIN IN 0 .DC VIN 0 5V 0.1V（从0v到5v，步长0.1v）
暂态分析又称为时域分析，也就是计算电路在某一个输出变数的响应。
2.暂态分析
.TRAN：在指定时间范围中计算电路的解，即所谓的时间扫描。 .FOUR：执行傅立叶分析

HSPICE介绍

HSPICE介绍1、为什么要使用Hspice进行电路仿真Avant! Star_Hspice（Synopsys公司）是IC设计中最长用的仿真工具，是目前业界使用最为广泛的IC设计工具，甚至可以说是事实上的标准。

目前，一般的书籍中都采用比较简单的MODEL对MOS电路进行计算和估算。

而工艺厂商提供的MODEL往往要高级的多、复杂的多。

因此设计者除了利用书本上的公式对电路进行估算外，还需要使用更高级的MODEL对电路进行精确的仿真，这就有赖于仿真工具的使用，如Hspice，Spectre。

2、Hspice仿真的流程v1.0 可编辑可修改3、Hspice所使用的单位（不区分大小写）4、输入文件格式（ /.sp）5、电路元器件在Hspice文件中的表示方法在器件名字前面加上前缀字符，即可被Hspice程序识别，如：MOS器件前缀为：MBJT器件前缀为：QDiode器件前缀为：D子电路的前缀为：X电阻、电容、电感的前缀分别为R、C、L下面表示一个器件名为M1的MOS管MM1 ND NG NS NB MNAME L=VAL W=VAL M=VAL下面表示一个器件名为C1的电容CC1 net1 net2 1pf定义字电路的语句如下：.SUBCKT SUBNAM（子电路的名字） 1 2 3 4（字电路外部节点）例子：.SUBCKT OPAMP 1 2 3 4(描述电路结构).ENDS OPAMP调用子电路时，使用X前缀加实例名，将SUBCKT实例化，如：.XOPAMP1 1 2 3 4 OPAMP6、信号源描述（激励描述）：电压源－V，电流源－IVxxx/Ixxx n+ n- <<DC=> dcval> <AC=acmag, <acphase>>+ <M=val>直流：V1 1 0 DC=5V 或 V1 1 0 5VI1 1 0 DC=5mA 或I1 1 0 5mA交流模式：V1 1 0 AC=10V,90 幅度为10v，相位为90度交直流模式：V1 1 0 AC=10V,90 直流分量是Vxxx/ Iyyy n+ n- <tranfun>+ <M=val>tranfun：EXP, PULSE, PWL…。

HSPICE_简介

Hspice和Pspice的区别
缺点就是，对内存敏感，内部是frotran写的采用类似c指针的方式对内存地址进行操作，大概只可以做5000个晶体管，速度很慢其实在有效的2000个晶体管以上的电路就应该考虑用cadence,主要比起Hspice来说， cadence在电路收敛性问题比较少。（后面会讲到收敛性问题）
Vin node1 node2 dc h1 .alter change VIN=5 .PARAM h1=5V .ALTER FF .DEL LIB 'D:\TEST\PROCESS\0.6U BCD V0.1PHASE1.lib' TT .LIB 'D:\TEST\PROCESS\0.6U BCD V0.1PHASE1.lib' FF SS TT FF SF FS
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
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） 7. 版图设计、DRC, LVS 8. 提取版图网表，进行后仿真：验证功能，估计性能。（迭代） Hspice主要应用于电路级仿真、分析。可以辅助调整电路参数。得到功耗、延时等性能估计。
预编译” 三． “预编译”指令
1． .INCLUDE Statement ．
.INCUDE语句：引用一个文件，被引用的文件置于引用文件前。例： LNA .include “me98xxxx/model.sp“ ···
2. .PARAM statement

HSPICE_简介

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。

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

Hspice软件使用简介

Hspui使用
• 双击Hspui图标进入，从Open中调出你的.sp文件
单击Edit Nl，改后保存
单击Simulate，运行完后从EditLL 查看有无error,若无则完成
Cosmos-Scope使用
• 双击Cosmos-Scope进入，从中调出你的模拟结果文件
可以从坐标标示的图表中得到具体的点的值，也可以用单击剪刀状的图标得出，从measurement中的得出诸如带宽之类的信息
弹出Project对话框
这样我们就建立了一个Project
这样我们就建立了一个Project
• 相关模拟时的命令可查阅Pspice 或其他的相关书籍，指令格式都是相同的
画好图后单击Page1，再单击Netlist
选择PSpice ，将net改为 sp，单击确定，生成网表文件
hspice软件hspuicapturepspice系统标签
Hspice软件使用简介
哈工、 Hspui、 CosmosScope
• Capture画电路原理图
• Hspui模拟
• Cosmos-Scope看输出结果
Capture使用
• 双击图标进入Capture

CMOS器件模型

精选课件ppt
5
(a)单线和U-型电阻结构 (b)它们的等效电路
精选课件ppt
• 阻值计算 • 最小宽度
6
栅、漏短接并工作在饱和区的MOS有源电阻
IDS I
I
VGS V VTP
DI
O
S
+
G+
V G-
V-
O
I
S
D
VTN V VGS
IDS
(a)
(b)
栅漏短接的MOS有源电阻及其I-V曲线
Ron VGSV I 2ntooxxW L(VV VTN )2 直流电阻 Ron>交流电阻 rds
+
TARG v(out) val=‘3.3/2'
FALL=1
.meas Tdelay param='(Tr+T精f)选/课2件'ppt
47
Hspice激励介绍（直流电压/电流源）
n1
3.3V
Vdc n1 n2 3.3 n2
20mA
n3 Idc n3 n4 20m
n4
tpw v2
v1 tr td
tf tper
Level 1 Level 2 Level 3 BSIM 1 BSIM 2 BSIM 3 Level=6 Level=50 Level=11
简单MOSFET模型 2m 器件模拟分析 0.9m 器件数字分析 0.8m 器件数字分析 0.3m 器件模拟与数字分析 0.5m 器件模拟分析与0.1m 器件数字分析亚微米离子注入器件小尺寸器件模拟电路分析 SOI器件
直流电阻 Ron<交流电阻 rds
精选课件ppt
8
对于理想情况，Oˊ点的交流电阻应为无穷大，实际上因为沟道长度调制效应，交流电阻为一个有限值，但远大于在该工作点上的直流电阻。在这个工作区域，当漏源电压变化时，只要器件仍工作在饱和区，它所表现出来的交流电阻几乎不变，直流电阻则将随着漏源电压变大而变大。

Hspice应用讲解讲解

Hspice应用讲解Hspice是一种通用电路分析程序，可用来进行集成电路和电子线路的分析模拟。

它可以用来分析电路的非线性直流特性，线性交流小信号特性，非线性瞬态特性，温度特性等。

其中，直流分析（.DC）不光可进行直流转移特性分析，还可进行直流工作点（.OP），直流小信号传输特性（.TF），直流小信号灵敏度（.SENS）分析；在进行交流分析（.AC）的同时还可进行噪声特性（.NOISE）和失真特性（.DISTO）分析；在进行瞬态分析（.TRAN）的同时还可进行傅立叶（.FOUR）分析；进行温度特性分析（.TEMP）以求得电路的温度特性。

在进行交流分析和瞬态分析前先进行直流分析，以决定其非线性组件的线性化小信号模型和其初始条件。

Hspice输入描述文件格式：Hspice的输入描述文件格式是一种自由格式，其输Array入的第一条语句必须是标题语句，且不能省略；最后一条语句必须是结束语句（.END），其余语句的顺序是任意的。

在输入描述文件的任何地方都可插入注释语句（在语句前加“*”或“$”），程序只对注释语句进行原样打印而不进行任何处理。

组件语句是说明该组件的拓扑关系和组件值的。

每个组件给予一个组件名，组件名的第一个字母说明该组件的类型，Hspice并对各种类型的组件所对应的英文字母作了规定，组件名不能重复。

组件的节点号可以用一正整数表示，也可以用网点名表示。

模型语句是说明该组件的模型参数的。

在模型语句中定义一组组件模型参数并赋予一个唯一的模型名，在组件语句中即可引用此模型名，表明此组件具有该组模型参数值。

子电路是用一组组件语句来定义，程序会自动将这组组件插入到子电路被调用的地方，其大小和复杂性没有限制，并允许其包含其它子电路。

在电路中不能包括短路的电压源和电感，开路的电流源和电容，电路中的每个节点都不能悬空。

控制语句是控制程序的运行和规定分析及输出的内容。

如温度语句，工作点分析语句，交流分析语句，瞬态分析语句，打印语句，绘图语句和可选项语句等。

序言 HSpice基础

◦ 参数语句：
用于显示用户自定义的节点电压等表达式。语法格式：.print tran out_var_name=PAR(‘expression’)

OPTION语句
.options语句格式：.options opt1 opt2 opt3… opt=x
◦ 一般在每个仿真文件中设置options为.options acct list post，也可以设置为.options node opts，其中

输出变量形式
◦ 直流和瞬态分析：
用于显示单个节点电压，支路电流和器件功耗。 .print V(node) 或 .plot I(node)，也可用.graph、.probe。 V(node)表示节点电压，I(node)表示节点电流，p(rload)表示在负载rload上的分析点的功耗。

Hspice模拟步骤如下：
◦ 点击打开网表文件，网表可由电路图中提取或手工编写，注意网表文件以.sp结尾。 ◦ 运行模拟，完成后点击缀.lis文件察看模拟结果。 ◦ 运行或检查输出报告文件后
查看输出波形。
elname <node1 node2...nodeN> <pnamel=val1><pname2=val2> <M=val> 或 elname <node1 node2...nodeN> <mname> <val1 val2...valn>
elname：元件名。包括电容 (C )、耦合互感(K)、电感(L)、电阻(R)、二极管(D)、MOS管(M)、BJT管(Q)、JFET和MESFET(J)、子电路(X)和宏、 Behavioral器件(E,G)、传输线(T,U,W)等。 node1... ：节点名，用来说明元件所连接的节点。 mname：模型参考名，对除了无源器件外所有元件都是必需的。 pname1... ：元件参数名，用来标明一些元件的参数值。 val1...：赋于的参数值或模型节点，这些数值可以是数值，也可以是代数表达式。 M=val：元件的倍增因子。

HSPICE简明教程(复旦大学)

§5.1 输出指令 ..................................................................................................... 31 §5.2 输出参数 ..................................................................................................... 31 5.2.1 直流和瞬态分析输出参数 ....................................................................... 31 E RFIC 2 / 63
Hspice 简明教程 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 第六章
目录
功率........................................................................................................ 32 交流分析输出参数 .................................................................................. 32 网路相关参数 ......................................................................................... 33 噪声和谐波分析输出参数 ....................................................................... 33 器件参数输出 ......................................................................................... 34

CMOS实验报告南通大学

南通大学CMOS模拟集成电路设计实验报告姓名：班级：学号：指导老师：实验一 HSPICE实践1、Vgs固定时，NMOS的I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=2u l=1u.lib 'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v2 0 5 0.1.probe i1(mn0).end2、改变W/L,W/L=4u/0.6u*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=4u l=0.6u.lib 'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v2 0 5 0.1.probe i1(mn0).end3.在不同Vgs下，Vgs从0到5v验证I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=4u l=0.6u.lib'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2 0v2 vout 0 1 5.dc v2 0 5 0.1 v1 0 5 0.5.plot dc v(vout) id(mn0).probe.end1.4 温度从0到80℃仿真I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=2u l=1u.Model NM NMOS vt0=0.7 kp=110u gamma=0.4 lambda=0.04 phi=0.7 v1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v2 0 5 0.1 temp 0 80 20.probe i1(mn0).end1.5、Vds固定时，仿真NMOS的I/V特性曲线*nmos_I-V_testmn0 vout vin 0 0 NM w=2u l=1u.lib'C:\synopsys\h06mixddct02v23.lib'ttv1 vin 0 2v2 vout 0 1.dc v1 0 5 0.1.probe i1(mn0).end1.6 COMS反相器，Pmos的w/l为4u/0.6u,Nmos的w/l为2u/0.6u，Vdd为5v，输入pwl(0 0 5u 5)仿真得输出波形。

CMOS电路模拟与设计-使用Hspice

CMOS電路模擬與設計－使用Hspice作者：鍾文耀供貨狀況：熱賣中，約4~5個工作天內寄出(不含例假日)出版者：全華科技圖書公司出版日：2003/9/10代理商：全華科技圖書公司ISBN：9572141716書商書號:05106初版膠裝 312頁正20 K 開本書特色1.本書係針對目前應用最廣之線路設計電腦輔助軟體HSPICE，就其原理、結構、元件模型、應用實例－深入介紹。

2.本書內容是按積體電路設計流程所需培養之相關主題編撰，前後各章相呼應，可使讀者掌握積體電路設計之基本功法，更能邁進往日趨重要之混合訊號IC產業設計。

3.本書無論對使用HSPICE己有經驗卻不知其詳細全貌者或初學者，皆有相當大的幫助。

■內容簡介本書係針對目前應用最廣之線路設計電腦輔助軟體HSPICE，就其原理、結構、元件模型、應用實例－深入介紹。

以積體電路設計工程師的角色，就下列重要之設計相關主題做探討；包括HSPICE使用指引、基礎分析與範例探討、HSPICE於元件、、、等章節。

本書無論對使用HSPICE己有經驗卻不知其詳細全貌者或初學者，皆有幫助。

而本書內容是按積體電路設計流程所需培養之相關主題編撰，前後各章相呼應，可使讀者掌握積體電路設計之基本功法，邁進往日趨重要之混合訊號IC設計產業。

本書適用於大學、技術學院電子、電機系「電腦輔助電路分析與模擬」之課程。

目錄1章 HSPICE使用指引1-11-1HSPICE簡介1-21-1-1直流分析1-31-1-2暫態分析1-41-1-3交流小訊號分析1-41-1-4執行HSPICE所需記憶體空間預估1-71-1-5HSPICE核心功能特色1-81-2HSPICE特殊功能探討1-91-2-1極佳的收斂性1-101-2-2電路應用之考慮1-111-2-3各類模型之提供1-111-2-4元件及模型參數調整(SCALING)1-12 1-2-5蒙地卡羅分析1-121-2-6參數化電路元之特性化1-131-2-7元件及電路元之特性1-131-2-8傳輸線之應用1-131-2-9最佳化1-141-2-10元件及IC模型庫1-141-2-11圖形化之處理1-141-2-12極／零點分析1-151-2-13新的半導體元件模型1-151-2-14模型化及分析技巧應用1-161-3HSPICE實例說明1-171-3-1HSPICE輸入檔案結構1-171-3-2電源應用之實例說明1-191-4AvanWaves使用指引1-271-5結論與參考資料1-382章 HSPICE基礎分析與範例探討2-12-1SPICE檔案結構探討2-22-1-1節點、元件及模型2-42-1-2標題、註解與結束敘述2-162-1-3資料敘述(DATASTATEMENTS)2-172-1-4控制敘述(CONTROLSTATEMENTS)2-18 2-1-5輸出敘述(OUTPUTSTATEMENTS)2-202-2SPICE之基礎分析2-262-2-1直流與靈敏度分析2-262-2-2暫態分析與時域響應2-312-2-3交流與頻率響應分析2-382-3SPICE輔助電路分析實例2-402-3-1基本R，L電路2-402-3-2理想放大器電路2-422-4SPICE輔助分析之應用探討2-452-4-1次電路之應用2-452-4-2收斂性之問題與解決途徑2-483章 HSPICE於元件、積體電路及系統之模擬3-1 3-1簡介3-23-2元件、積體電路及系統模擬特性3-23-2-1元件模擬特性3-23-2-2積體電路模擬特性3-33-2-3系統模擬特性3-33-3模擬技巧探討3-43-4積體電路設計層次的考慮3-73-4-1基本假設3-73-4-2IC設計者使用環境3-73-4-3電路層次之模組化3-93-5系統設計層次的考慮3-143-5-1基本假設3-143-5-2系統設計者使用環境3-143-5-3系統層次之模組化3-163-6電路及模型溫度考慮3-163-7電路實例探討3-183-8結論與參考資料3-214章元件模型化與特性化之主要考慮4-14-1緒論4-24-2FET元件模型各世代探討4-34-2-1第一世代元件模型探討4-44-2-2第二世代元件模型探討4-54-2-3第三世代元件模型探討4-64-3模型例子(LEVEL28)探討4-144-3-1BSIM1(LEVEL13)的缺點4-144-3-2LEVEL28的特點4-164-4特別參數擷取與測試電路驗證4-174-4-1測試電路驗證4-174-5最壞情況模型化方法4-184-5-1最壞情況模型化特點4-184-5-2模型選擇與電路設計之相關考慮4-194-5-3最壞情況模型的漂移參數4-214-6結論與參考資料4-235章頻率響應與極／零點分析5-15-1緒論5-25-2拉普拉氏轉換分析5-25-2-1頻率響應概述5-25-2-2奈氏臨界頻率之抉擇5-45-2-3拉普拉氏轉換敘述5-55-2-4拉普拉氏帶拒濾波器模擬5-75-3極／零點分析5-95-3-1極／零點理論5-95-3-2極／零點指令敘述5-105-3-3極／零點分析例子5-125-4CMOS運算放大器特性及測試5-17 5-4-1典型的CMOS放大器組態5-17 5-4-2放大器特性探討5-205-4-3放大器測試模擬5-245-5結論與參考資料5-286章類比與數位電路元特性化6-16-1緒論6-26-2標準元設計方法簡介6-36-2-1標準元之基本定義6-36-2-2標準元設計方法6-46-3產品資料表參數之決定6-76-3-1數位電路元主要特性探討6-76-3-2類比電路主要特性探討(放大器為例)6-12 6-4數據導引分析6-146-5電路元特性化實例說明6-166-6雙區間逼近方法簡介6-246-6-1設定時間分析實例6-266-6-2時脈最小寬度分析實例6-316-6-3PintoPin延遲時間分析實例6-336-7結論與參考資料6-377章蒙地卡羅及最壞情況分析7-17-1緒論7-27-1-1HSPICE良率分析法則7-27-1-2基本統計演算7-37-2蒙地卡羅分析簡介7-47-2-1蒙地卡羅分析之統計分佈7-47-2-2HSPICE蒙地卡羅分析設定7-57-3蒙地卡羅分析實例7-87-4最壞情況分析簡介7-147-4-1模型漂移參數之加入分析7-147-4-2最壞情況分析實例7-177-5結論與參考資料7-218章從實作中學習HSPICE8-18-1HSPICE基本分析實例8-28-2MOS元件特性化實例8-118-3基本電路元特性化實例8-328-4運算放大器特性化實例8-428-5蒙地卡羅及最壞情況分析實例8-48 8-6時脈信號產生器設計實例8-598-7參考資料8-65。

Hspice

一初识HSPICE软件安装好以后会发现四个可执行文件，Avanwaves，HSPICE，HSPICE MT和Hspui。

其中Hspui是顶层文件，Avanwaves是波形观察文件，另外两个都是编译软件，在顶层Hspui中可以调用另外三个软件。

经过对.sp文件编译后，在Edit LL按键下是刚刚经过编译的网表生成的网络和参数列表以及一些计算结果，从中可以看出各个MOS管的工作区域，静态工作点区，库文件列表，网标等。

Edit LL 下即为刚刚编译过的网表文件。

二HSPICE语法注意：●HSPICE 语句中大小写是不敏感的，故变量名A与a是相同的；●HSPICE 中第一句默认为注释行和标题行，故.sp文件中第一行不可写功能语句●HSPICE 中一条语句可以分行写，但必须在续行前使用“+”表示。

●某行已“*”开始表示该行为注释行。

HSPICE的电路架构搭建是通过电路描述语句实现的，其基本格式：元件名连接方式元件参数元件名第一个字母为元件关键字，用来表示该元件的类型，连接方式则是通过电路结点来实现的。

元件参数则表述具体的元件参数值，所有参数都可以用正负整数，浮点数以及指数来表示，具体数字厚都可以跟基本的比例因子，如表1.1所示。

表1.1 比例因子示例K=1E3 MEG=1E6 G=1E9 T=1E12M=1E-3 U=1E-6 N=1E-9 P=1E-12F=1E-15 MIL=25.4E-6所有比例因子后加的单位都是国际标准单位，例如电压为伏（V）等，单位符号可以省略不写。

HSPICE要求每个节点必须有直流通路到地，除了传输节点和MOS管衬底节点外，每个节点都至少有两个元件与之相连，否则会被认为是不合法节点，出现“Node X has no dc path”的报错语句。

1 电阻，电感，电容，互感Rxxx n1 n2 电阻值Cxxx n1 n2 电容值Lxxx n1 n2 电感值Kxxx Lyyyy Lzzzzzz 耦合系数上述语句中，R开头表示电阻名，C开头表示电容名，L开头表示电感名，K开头表示互感名。

一、HSPICE基础知识

一、HSPICE基础知识Avant! Start-Hspice（现在属于Synopsys公司）是IC设计中最常使用的电路仿真工具，是目前业界使用最为广泛的IC设计工具，甚至可以说是事实上的标准。

目前，一般书籍都采用Level 2的MOS Model进行计算和估算，与Foundry 经常提供的Level 49和Mos 9、EKV等Library不同，而以上Model要比Level 2的Model复杂的多，因此Designer除利用Level 2的Model进行电路的估算以外，还一定要使用电路仿真软件Hspice、Spectre等进行仿真，以便得到精确的结果。

本文将从最基本的设计和使用开始，逐步带领读者熟悉Hspice的使用，并对仿真结果加以讨论，并以一个运算放大器为例，以便建立IC设计的基本概念。

在文章的最后还将对Hspice的收敛性做深入细致的讨论。

Hspice输入网表文件为.sp文件，模型和库文件为.inc和.lib，Hspice输出文件有运行状态文件.st0、输出列表文件.lis、瞬态分析文件.tr#、直流分析文件.sw#、交流分析文件.ac#、测量输出文件.m*#等。

其中，所有的分析数据文件均可作为AvanWaves的输入文件用来显示波形。

表1 Hspice所使用的单位独立电压和电流源包括：1. 直流源（DC）：电压源Vxxx n+ n- dcval电流源 Ixxx n+ n- dcval2. 交流源（AC）：Vxxx n+ n- AC=acmag,acphase3. 瞬态源（随时间变化）：脉冲源：pulse v1 v2 td tr tf pw per线性源：pwl t1 v1 <t2 v2 t3 v3…>正弦源：sin vo va freq td damping phasedelay4. 混合源：可以包括以上所有的形式，如：VIN 13 2 0.001 AC 1 SIN(0 1 1Meg)二、输入网表文件TITLE.INCLUDE.LIB MACRO元件描述信号源描述分析命令测量命令.ALTER.END图1 输入网表（Netlist）文件标准格式二、有源器件和分析类型有源器件包括二极管（D）、MOS管（M）、BJT管（Q）、JFET和MESFET （J）、子电路(X)和宏、Behavioral器件（E,G）、传输线（T,U,W）等。