Hspice使用指南

.tran 10n 20u .end
把以上代码写进“记事本”，然后在某处新建一个文件夹，命名为”inv”,把这个记事本另 存为”inv.sp”保存在这个新建文件夹里.
打开 Hpice,点击
,选择刚刚弄好的 inv.sp 文件，点击
编译结束以后，可以点击
来观察数据输出状态，主要是检查是否有”error”
a) 脉冲源
PULSE(v1 v2 td t rtf pw per) v1为初值，v2为脉动值。Td为延迟时间，补缺值为0。tr和tf分别为上升时间和下降时间，补 缺值为tstep（瞬态分析的步长）。pw和per分别为脉冲宽度和周期，补缺值为tstop（瞬态分 析的终止时刻）。具体波形如下： pwtrtdtfpervv1v2Ot
2. 独立电压源和独立电流源
Vxxxxxxx
+
n
-
n
<<DC>直流值>
<AC<交流振幅<交流相位>>>
<瞬态值>
+-
Ixxxxxxx n n <<DC>直流值> <AC<交流振幅<交流相位>>> <瞬态值>
+
-
V和I分别是独立电压源和独立电流源的关键字，n 和n 是电源的正负节点。第一个选项为电
源的直流值（字母DC可以省略），第二个选项为交流数据，第三个选项为瞬态数据。这三 组数据可以在一次仿真中同时给出。若作直流分析，取直流常数值；若作交流分析，独立源 被视为是由振幅和相位所描述的正选小信号（频率即为交流分析频率）；作瞬态分析时，则 用随时间变化的瞬时数据（也可为常数）；支流和瞬态分析可用同一值描写，如果随时间变 化，则取t=0的值作直流分析。 瞬态数据随时间变化可以有如下五种形式：
b) 正弦源
SIN(v0 va f td θ) v0为直流偏置，va为正弦幅度。f为正弦，如f未给出或设为0，程序将以补缺值1/tstop代替。 Td和θ分别为延迟时间和阻尼因子，其补缺值为0。
c) 指数源
EXP(v1 v2 td1 tau1 u1 td2 tau2) v1为初值，v2为脉动值。td1为上升延迟时间，td2为下降延迟时间，补缺值分别为0和td1+tstep。 tau1和tau2分别为上升延迟时间常数和下降延迟时间常数，补缺值为tstep。其波形如下
c) 结型场效应管
Jxxxxxxx nd ng ns模型名 <面积因子> <OFF> <IC=端电压初始值> nd、ng、ns分别指漏极、栅极、源极的端点。 Example： J1 a b c JMOD
d) MOS场效应管
Mxxxxxxx nd ng ns nb 模型名 <W=w> <L=l> <AD=ad> <AS=as> <PD=pd> <PS=ps> <NRD=nrd> <NRS=nrs> <OFF> <IC=Vds初值，Vgs初值，Vbs初值> nd、ng、ns和nb分别指漏极、栅极、源极和衬底的端点。w和l分别为沟道的宽度和长度，ad 和as分别为漏和源的扩散区面积。Pd和ps分别为漏区和源区周长。nrd和nrs表示漏源扩散区 等效方块数目。一般情况下，进行普通的行为仿真试验，只需要确定MOS管的长宽比即可。 Example： M1 a b c VDD P W=0.42 L=0.2
如果网表出错,库文件不匹配或者其他一些原因导致网表 simulate 失败,则会在 Edit LL 中 以”error”的形式体现出来.
Simulate 以后,如果网表正确,Hspice 则会自动生成各种波形文件.这个时候点击
按钮,就会启动波形观察器
这里一共有两个窗口,一个是叫做 Result Brower,另一个就是波形窗口. 在 Result Brower 里选择需要观察的节点,双击,比如这里我选择 DC(直流扫描)仿真的 vout 输出口,观察它的电压值
3. 半导体器件
a. 二极管
Dxxxxxxx
+
n
-
n
模型名
<面积因子> <OFF> <IC=端电压初始值>
Example： D5 a b DMOD 3.0 IC=0.2 二极管D5接在节点a与b之间，使用DMOD模型；面积因子的器件面积的三倍；D5的端电压初始条件取0.2V。
电源值用法举例： i. Vin in gnd 1.5 节点in与地gnd之间接1.5V电压源Vin。 ii. Vin in gnd 1.5 AC 1 SIN(0 1 1MEG) 电压源Vin接在节点in与地gnd之间，直流值为1.5V；交流振幅为1V，初始相位为0；瞬态电 压源为频率是1兆、直流偏置为1V的正弦电压源。 iii. Vin in gnd PWL(0 0 0 10ns 7 20ns 7 30ns 0 40ns) 电压源Vin接在节点in和地gnd之间，波形如下：
网表中，*****处为为仿真可填入的激励，和仿真设定 比如，我要对它进行瞬态，直流扫描 .title C_amp .model nmos nmos vt0=0.7 kp=110u gamma=0.4 lambda=0.04 phi=0.7 .model pmos pmos vt0=-0.7 kp=50u gamma=0.57 lambda=0.05 phi=0.8 m1 vo vi 0 0 nmos l=1u w=2u m0 vo vi vdd vdd pmos l=1u w=1u vcc vdd 0 5 vin vi 0 pulse(5 0 1n 1n 1n 1u 2u) .op .dc vin 0 5 0.1
由这里运放生成的网表文件 amp.sp
点击 simulate 按钮,它就开始编译分析,当编译结束的时候,右边两个按钮 就从灰色变成亮色,前者是刚刚编译过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,库文件列表,网表等. 后者就是刚刚编译的网表.
这个网表是用 spice 语言来描述的(具体规则见附录),它可以是电路工程师自己手工编写, 但这样费时费力又可以出错.它也可以从各种电路设计软件导出,如 Cadence,Tanner 等.导出的 网表经过工程师添加库文件,添加各种仿真激励等等,立刻可以进行 simulate.非常方便.
可以看到,这是一个运放的输入直流扫描结果 再选择 AC(交流)仿真,我选择 vout 用 db 来显示.则
出现这样一个幅频曲线图,纵坐标是 db(分贝),横坐标是 Hz(赫兹), {这里 20x 代表 20M, 其余单位均与实际中相同,如 10 千就是 10k},
懂模拟电路的人可以发现,运放的幅频特性曲线不应该是这样的.的确,运放的幅频特性 曲线应该是缓降的.这是因为总坐标虽然以对数坐标来显示,但横坐标还是线性坐标.这时可 以用鼠标右击横坐标,会出现一个 set logarithmic scale 选项,这就是把坐标设置成对数坐标.
d) 分段线性化源
PWL(t1 v1 <t2 v2 …….>) t1，t2，……为时间点，v1，v2，……为每个时间点所对应的电源数值，ti和t(i+1)之间的数 值是由vi和v(i+1)用线性插值方法得到的。
e) 单频频率调制源
SFFM(v0 va fc mdi fs) v0为初值，va为幅度。Mdi为调制系数。Fc为载频，fs为信号频率，fc和fs均不应为0，岂补 缺值为1/tstop。具体波形参考下列公式： 电源值 = v0 + va·SIN [ ( 2pai·fc·t ) + mdi·SIN ( 2pai·fs·t)]
确认没有错误以后，点击 形
，进入波形观察窗口按照刚刚的步骤可以看到以下波
瞬态
直流扫描
三、 附录
(A). HSPICE语法及语句
几点注意： 1. HSPICE语句中大小写是不敏感的，故变量或名称A与a是相同的； 2. HSPICE中第一句默认为注释行或标题行，故.sp文件中的第一行不可写功能语句； 3. HSPICE中一条语句可分行写，但必须在续行前使用“+”号表示； 4. HSPICE中每一句语句中，所有的语句成分的分隔符都是一个空格，不可多也不可少，且 不能使用Tab作为分隔符； 5. 某行以“*”开头表示该行为注释行。
设置完成以后,一张正确的运放幅频特性曲线图就出现了 同理,可以在 result brower 窗口选择 volts phase 来观察相频特性曲线 这里红色的是刚刚的幅频曲线,褐色的则是现在的相频曲线
以上,是一个最基本的操作介绍,下面对一个基本反相器进行各种仿真分析.
二、 实际应用
这是一个简单的反相推挽放大器.它导出的网表是(方便起见,我用 MOS 管 level1 模型) .title C_amp .model nmos nmos vt0=0.7 kp=110u gamma=0.4 lambda=0.04 phi=0.7 .model pmos pmos vt0=-0.7 kp=50u gamma=0.57 lambda=0.05 phi=0.8 m1 vo vi 0 0 nmos l=1u w=2u m0 vo vi vdd vdd pmos l=1u w=1u ******** ******** ******** ******** ******** ******** ******** ******** .end
HSPICE电路架构语句的基本形式
HSPICE的电路架构搭建是通过电路描述语句来实现的，其基本格式如下： 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节点来实 现。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。具体数字后都可跟基本的比例因子，如： K = 1E3 MEG = 1E6 G = 1E9 T = 1E12 M = 1E-3 U = 1E-6 N = 1E-9 P = 1E-12 F = 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，例如电压为伏特（V）等。单位符号可省略不 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 至少有两个元件与之相连，否则会被认为是不合法节点，会出现“node X has no dc path”的报 错语句。