电路仿真SPICE入门

SPICE入门
甘才军的SPICE电路仿真笔记
关键词：电工学；EDA
1.简介
SPICE-simulation program for integrated circuit emphasis。

他将计算机技术、数值技术、晶体管模型很好地结合在一起，可以验证电路设计和预测电路行为。

是EDA技术的基础。

其发展史：
前身：1968年第一个非线性电路仿真程序cancer》1971年改进的cancer版本，更名为SPICE》1975年SPICE2》1983年，SPICE2G6》1993年用C语言编写的比较成熟的版本SPCE3F》1997年最新版本SPICE3F5
SPICE已经成为事实上的工业标准。

PSIPCE是SPICE移植到PC机上的产品。

PSIPCE在不但扩展，已经偏离了标准的SPICE 语法，使用时需注意。

现在大多数电路仿真软件都可以直接收入电路，但电路图输入方法不能取代SPICE语言描述电路的方法。

元件的建模、电路结构的研究、对于分析功能的使用等都要求对SPICE 有较深入的理解。

只有在掌握SPICE语言的基础上，才能使用电路仿真软件。

用SPICE可以对电路的分析包括：
电路的静态工作点；直流扫描分析；直流小信号的传输函数、交流分析、瞬态分析、灵敏度分析、噪声分析、畸变分析、蒙特卡洛分析。

spice中电路可接受的元件：
在分析时每种元件都有相应温度、默认温度时27摄氏度。

2.SPICE电路文件
2.1. 如何描述电路
一个完整文件的具体形式：
spice用节点电压法求电解电路。

所以首先要为电路的节点编写名称、节点的名称可以是任意的字符串，但参考节点的名称必须为“0”。

下图用数字表示所有节点。

这里的节点与电路中的节点稍有不同。

任意元件外接端点都是节点。

spice算法要求任何节点必须要有到参考节点的通道。

若不满足此条件，编写电路前要在此节点到参考节点间加一个大的电阻（阻值要足够大，如10e20），此电阻的存在不会影响电路的特性。

*标题
my first title
R1 1 2 10
R2 1 0 10
R3 2 3 10
R4 0 3 10
V1 1 3 DC 12
Is 0 2 DC 1
.OP
.print V(1) V(2) V(3)
.end
2.2. 元器件值的写法
T=1e12
G=1e9
MEG=1e6
K=1e3
M=1e-3
U=1e-6
N=1e-9
P=1e-12
F=1e-15
电路元器件不区分大小写、一律转换为大写
元器件值可不带单位，为标准单位，电压（V）、电流（A）电容（F），电感（H）,电阻（ ）等。

2.3. 电路文件的编辑和运行
文件扩展名：.cir
运行和编辑与仿真软件有关
3.元件语句
3.1. 电阻、电容和电感
3.1.1.电阻(R)
R<name> N1 N2 value
如R input 0 10
R1 1 0 1meg
3.1.2.电容和电感
其中，<IC>是初始值，电容，为电压，电感为电流
如
C1 1 2 1u 5
L1 1 3 1m
省略初始值表示初始值为0
3.2. 电源
3.2.1.独立恒压源和恒流源
V<name> N1 N2 type value
I<name> N1 N2 type value
type为类型，DC或AC或TRAN
3.2.2.线性受控源
（1）压控电压源
E<name> N1 N2 NC1 NC2 value
（2）流控电流源
F<name> N1 N2 Vcontrol value
（3）压控电流源
G<name> N1 N2 NC1 NC2 value
（4）流控电压源
H<name> N1 N2 Vcontrol value
在压控电源中，控制电压的端点是NC1和NC2，在流控电源中，控制电流是流过电压源Vcontrol中的电流。

Vcontrol可能是电路中的电压源，也可能是为了测量支路电路而加入的0V电压源
3.2.3.分段线性化电源
分段线性化电源的语句为：
V<name> N1 N2 PWL(T1 V1 T2 V2 T3 V3 ...)
PWL是分段线性化电源的标志，T1 V1 T2 V2分别是各拐点的时间的电压值4.直流分析语句
4.1. .OP分析语句
OP是分析直流电路最常用的命令，它指示spice计算：
●各节点电压
●流过独立恒压源中的电流
●每个元件的静态工作点
4.2. .DC分析语句
对直流电源的参数进行扫描计算，形式为
.DC Sourcename START STOP STEP
START :起始值，STOP：终止值、STEP,步长
如：
.DC V1 1 10 0.1
也可以进行双参数扫描：
.DC V1 1 10 0.1 V2 1 5 1
扫描计算的点数为V1的点数与V2的点数积
4.3. .TF语句
.TF OUTSOURCE INSOURCE
OUTSORCE为输出变量，INSOURCE为输入变量
指示SPICE计算电路的直流小信号特性：
●输出变量和输入变量的比值（如增益或传输函数）
●输入段的输入电阻
●输出端的输出电阻
用此命令可以计算有源二端口网络的戴维南等效电路。

但要注意，如果电路中含有多个电源，要分别计算针对每个电源的直流小信号传输函数，戴维南等效电路的开路电压是各个单独电源的作用之和。

5.输出语句
输出语句的形式为：
plot绘图输出变量OV1/OV2/OV3
type 是DC或AC或TRAN
6.子电路的定以和调用
子电路的定义格式：
例如，由R1、R2并联组成的一个子电路可定义为：
.subckt R1_R2 a b
R1 a b 1k
R2 a b 10meg
.ends R1_R2
上面的子电路的调用语句为：
.X1 1 2 R1_R2
注意，除了“0”节点是全局节点，子电路中的其他任何节点只是局部节点。

7..model语句与二极管、开关在spice中的表示
7.1. .model语句
在spice中，.model语句定义元件的模型参数。

元件的模型就像模板，只有填上模型参数值才能实例化为元件。

只有spice内核中预定义的模型才能用，.model定义参数，每个参数都有相应的关键字，.model语句的形式为：
modelname是元件名称，type是spice内预定义的元件模型的名称，（）中是对元件模型中的参数定义。

spice3f5中的模型名称如下：
调用已经实例化的元件跟元件模型的类型有关。

7.2. 开关模型
7.2.1.压控开关
模型定义：
.model SWName SW(RON= VON= ROFF=)
各参数默认值
开关调用语句
S<name> N1 N2 NC1 NC2 SWName
7.2.2.流控开关
模型定义：
.model swname CSW(RON= VON= ROFF=)
调用：
W<name> N1 N2 Vname Swname
例如：
W1 N1 N2 V1 SWName1
.model SWName1 SCW(RON=10 VON=0 ROFF=100MEG)
7.3. 二极管模型
模型定义：
.model diodename D(（IS = N = Rs= CJO = Tt= BV = IBV =...）二极管调用：
D<name> N+ N- diodename
N+是阳极，N-是阴极
二极管参数与默认值：
例如二极管4148的模型定义为:。