HSPICE中传输线模型的结构及参量控制
HSPICE-使用流程
HSPICE 使用流程HPICE软件主要用于模拟电路的仿真。
模拟电路仿真工具是以电路理论、数值计算方法和计算机技术为基础实现的，由于模拟电路在性能上的复杂性和电路结构上的多样性，对仿真工具的精度、可靠性、收敛性以及速度等都有相当高的要求。
HSPICE程序由于收敛性好，适于做系统及电路仿真，又有工作站版和微机版本，在国内外的用户十分广泛。
一、HSPICE可模拟的内容1.直流分析：包括非线性电路的直流分析①电路的直流工作点：分析时电路中的电感全部短路，电容全部开路，得到电路的每一节点的电流和电压（相对参考点）值。
②直流小信号传输值：传输函数的直流小信号值为直流小信号工作下的输出变量和输入变量之比值，包括电路的输入电阻和输出电阻。
③直流转移曲线：HSPICE可在用户指定的范围内，逐步改变指定的独立电压或电流源，对每一个电源值的变化，都得到储存的输出变量。
④灵敏度分析：求出指定输出变量对于电路参数（包括电路中所有的元件，器件参数，直流电源的输入电平）的直流小信号灵敏度。
2.交流小信号分析：将交流输出变量作为频率的函数计算出来。
先计算电路的直流工作点，决定电路中所有非线性器件的线性化小信号模型参数，然后在用户所指定的频率范围内对该线性化电路进行分析。
①频域分析：在用户规定的频率范围内完成电路的交流分析。
②噪声分析：HSPICE可计算每个频率点上总的输出噪声电平及其等效输入噪声电平。
③失真分析：计算电路交流小信号工作下电路的失真特性，分析时是在输入端加有一个或两个频率的信号，在用户给定的输出负载电阻时，求出在该负载上的输出失真功率。
3.瞬态分析①瞬态响应：是从时间为零开始，到用户规定的时间范围内进行电路的瞬态特性分析。
②傅立叶分析：可以对输出波形进行傅立叶分析，得到在用户指定的基频及时间间隔范围的傅立叶系数。
4.电路的温度特性分析：HSPICE在用户未说明时，是在27℃的标称温度下进行各种模拟的。
当用户指定电路在什么温度下工作时，HSPICE也能进行不同温度下的电路特性分析，在温度低于-273℃时不予模拟。
电路仿真HSpiceV2_0
30
电路网表语法
• 分隔符
– 包括：tab键，空格，逗号，等号，括号 – 元件的属性由冒号分隔，例如 M1:beta – 级别由句号指示，例如 X1.A1.B 表示电路X1的子电路A1的节点 B – 单或多引号区分表达式和文件名。 – 结点表明层次。例如，“X1.A1.V” 是V 节点在电路X1处的子电 路。
降低设计成本缩短设计时间提高一次流片成功率硬件试验与软件仿真的对比硬件实验软件仿真需要内容完成者需要内容完成者电路拓扑结构器件初始参数电路设计者电路拓扑结构器件初始参数电路设计者各种元器件器件的电行为由器件种类隐含元器件供应商器件模型参数集成电路制造厂商焊接电路电路设计者建立仿真模型电路设计者各种仪器仪表仪器仪表供应商仿真工具eda软件供应商电路性能测量设计者使用仪表完电路性能仿真设计者使用软件工具完成集成电路设计流程进行电路仿真的要素电路拓扑结构工艺条件模型参数仿真器设计目标和性能要求电路设计结果业界主流集成电路仿真软件spice
• • • • 输入电路原理图 产生对应的网表（也可以直接输入网表） 根据网表运行HSpice进行电路仿真 得到仿真结果
– 文本的 – 图形的
21
输入电路的基本结构(.sp文件结构)
.title 输入文件的标题 电路拓扑结构 电路的激励源 仿真功能设置 模型参数设置 元件模型描述 仿真输出设置 仿真选项设置 结束语句
建立仿真模型 仿真工具 电路性能仿真
电路设计者 EDA软件供应商 设计者使用软件工具 完成
6
设计目标和性能要求 确定电路拓扑结构和初始 器件参数
仿真验证电路性能
修改电路参数、拓扑
集成 电路 设计 流程
版图设计
版图参数提取
测试方案设计
芯片制造
Hspice应用讲解讲解
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。
传输线模型与分析 ppt课件
jZ1 jRL
tan tan
l l
Zin
Z12 RL
0 Z1 Z0RL
例题2.5 四分之一波长变换器的频率响应。
ppt课件
28
2.5 四分之一波长变换器
2. 多次反射观点
1
Z1 Z1
Z0 Z0
2
Z0 Z0
Z1 Z1
1
3
RL RL
Z1 Z1
I
2 E0 e r0
r0
rer dr
0
2 E0 e r0
1
r0
rder
0
2 E0 e r0
1
rer
r0 0
r0
er dr
0
2
E0
1
r0
1 2
1 2
e
r0
计及在微波波段中， 略。则
T1
2Z1 Z1 Z0
T2
2Z0 Z1 Z0
ppt课件
29
2.5 四分之一波长变换器
2. 多次反射观点
1
T1T23
T1T2233
T1T2
2 3
23
.....
n
1 T1T23 (23)
n0
1
1. 低频传输线 低频时，只要研究一条线(因为另一条线是作为回路出现的)。电流几
乎均匀地分布在导线内。电流和电荷可等效地集中在轴线上。 由分析可知，Poynting矢量集中在导体内部传播，外部极少。事实上，
hspice基础知识
hspice基础知识元件描述语句1.1 R、L、C 元件描述语句元件语句一般由元件名、元件所连接的电路节点号和元件参数值组成。
元件在输入中以一行表示，该行不能以“.”开始。
语句中的第一个字母是关键字，它确定了该元件的类型。
一般形式：elname或elname其中：elname: 元件名，是一个带有一个关键字母的不超过15个字符的字符串。
HSPICE 中表示元件的关键字母的含义：C－电容K－耦合互感L－电感R－电阻T－无损耗传输线U－有损耗传输线node1... 节点名，用来说明元件所连接的节点，节点名的第一个字符必须是字母，整个字符串不超过16 个字符（连第一个字母在内）。
＝（）′[ ]等符号不能出现在节点名中。
mname: 模型参考名，对除了无源器件外所有元件都是必需的。
当基本元件参数不能充分描述时，调用相应的模型来描述。
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。
二. 电容、电感和电阻(1) 电容：一般形式：CXXX n1 n2 capval > ++或CXXX n1 n2 C=val++或CXXX n1 n2 C=equation CTYPE=0 or 1例：C1 3 2 10U IC=3VCBYP 13 0 1UFC2 1 2 CMOD 6PF若系统中所用电容是非线性的，则其一般形式是：CXXX n1 n2 POLY C0 C1 C2 ...电容值＝C0＋C1*V＋C2*V**2＋…(2) 电感：一般形式：LXXX n1 n2 Lval >+或LXXX n1 n2 L=val+或LXXX n1 n2 L=equation LTYPE=0 or 1例：LLINK 42 69 1UHLSHUNT 23 51 10U 0.001 0 15 IC=15.7MALH8 5 80 LMOD 2MH若系统中所用电感是非线性的，则其一般形式是:LXXX n1 n2 POLY L0 L1 L2 ...电感值＝L0＋L1*i＋L2*i**2＋…在非线性电容和电感的表达式中，POLY 表示其中的数值C0,C1,C2…（和L0,L1,L2…）是描述元件值的多项式系数。
hspice 一些注解(进阶)
runlvl 用来设置仿真速度与精度最高精度级别runlvl=6 ,1=fast(事实上设为零，将回到早先的未加入些功能的版本) 6=most accurate 。
默认的值是runlvl=3。
较低数值适合于纯数字电路或大部分数字电路。
Hspice使用的是最好保存的runlvl设置。
通常是结合.option runlvl=5If you set .option ACCURATE then HSPICE limits the RUNLVL value to 5 or 6.p1 input1 0 z0=50 port=1 pulse(0 1.5 100p 40p 40p)Psource dut_in 0 z0=zref port=1 pulse(vlo vhi td tr tf) p 代表port 元件Psource dut_inp dut_inn 0 z0=zref port=1 pulse(vlo vhi td tr tf) 这里定义的是差分的port元件对输出部分，没有源，所以无须加source部分。
Pterm dut_out 0 z0=50 port=2这里要区别在.meas p(m1) ,p()组合是表现功率。
t 无损传输线，结点，阻抗，延迟T1 dut_in 0 node1 0 Z0=50 td=1npar 可复用par(..)输出作为其他端口的输入电压Reusing the PAR(...) Output as Input to Other Elements可使用于.print .probe 的输出.print tran v(5) par('5*cos(6.28*v(10)*v(5)*k/360)') 式子要加单引号括起来IBIS模型使用Input buffer:B_INPUT nd_pc nd_gc nd_in nd_out_of_inOutput buffer:B_OUTPUT nd_pu nd_pd nd_out nd_in [nd_pc nd_gc]Input ECL Buffer:B_INPUT_ECL nd_pc nd_gc nd_in nd_out_of_inOutput ECL Buffer:B_OUTPUT_ECL nd_pu nd_ou t nd_in [nd_pc nd_gc]Tri-state buffer:B_3STATE nd_pu nd_pd nd_out nd_in nd_en [nd_pc nd_gc]Input/Output buffer:B_IO nd_pu nd_pd nd_out nd_in nd_en nd_out_of_in [nd_pc nd_gc]（pu and pd are pull-up and pull-down; pc and gc are power clamp and ground clamp; nd simply stands for node.）例子如下：b_out1 nd_pu nd_pd out1 in1+ file = 'at16245.ibs'+ model = 'AT16245_OUT'Search 组合使用.option search (自动寻找库以及包含文件所在的路径)hspice.ini file sets th e default search paths. (sa_146)例子：.OPTION SEARCH='$installdir/parts/signet' 定位到安装路径下去扫描寻找S参数与外部电路连接（si_69）Sxxx nd1 nd2 ... ndN ndRef 所有的节点，其中最后一个点为地参考节点，除地结点共n，共有n个结点。
传输线的集总参数模型
传输线的集总参数模型
传输线的集总参数模型是一种用于描述传输线特性的电路模型，它将传输线看作是由一系列的集中参数元件组成的电路。
这些元件包括电阻、电感、电容和电导，它们分别代表传输线上的电阻、电感、电容和电导。
在集总参数模型中，传输线被分为许多微小段，每一段都被视为一个集总参数元件。
这些元件的参数值是根据传输线的物理尺寸、材料和几何形状等参数计算得出的。
使用集总参数模型，我们可以方便地描述传输线的电压和电流的行为，并预测其在不同频率和不同条件下的一致性和损耗。
这种方法在高频和宽频带应用中特别有用，因为这些应用需要精确地控制信号的传播和衰减。
然而，集总参数模型也有其局限性。
它不适用于非常长的传输线或非常低的频率，因为这种情况下需要考虑分布参数效应。
此外，集总参数模型也不能准确地描述传输线的辐射效应和非线性效应。
总的来说，传输线的集总参数模型是一种非常有用的工具，可以帮助我们理解和设计传输线系统。
但是，在使用它时，我们需要注意其适用范围和局限性，以确保我们得到准确的结果。
HSPICE讲义--整理版
HSPICE讲义
知识结构
5
电路及仿真
集成电路设计流程
功能定义
想法及 规划
1.电路功能 2.操作速度 3.接口温度 4.功率消耗 5电路整体构架 6.划分功能模块
6
集成电路设计流程
功能定义
行为设计
验证 想法
仿真工具：VHDL，Verilog等硬件描述语言
7
集成电路设计流程
功能定义
行为设计 逻辑设计
逻辑仿真 门级的设计
8
• 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：# _ ! %
15
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)
Hspice基础培训
Hspice的分析特点和分析功能Hspice可以利用HSPICE模型、IBIS模型进行传输线损耗分析、串扰、反射和接插件串扰和损耗分析,同时对模拟电路进行AC、DC分析、余度分析、蒙特卡洛分析等Hspice的分析功能强、精度高，分析速度慢、网表编写麻烦文件头仿真参数控制SPICE模型调用定义传输线和传输线提取.title : 标题仿真程序默认网表的第一行为标题行，.title可以不要，直接描述网表的内容及日期、设计者、公司等信息第一行不能包含任何的控制信息及电路信息，负责程序会按照标题行处理，造成信息缺失文件输入HSPICE的文件输入格式为.SP的网表，此网表必须符合HSPICE所要求的语法结构文件输出.PRINT.PROBEResistorsR_name node1 node2 value<<TC1=>VAL> <<TC2=>VAL><<AC=>VAL>例如：R1 12 17 1K TC1=0.01 TC2=0.0 AC=1E10CapacitorsC_name node1 node2 value例如：C2 EXT1 0 1UCCOTU OUT1 GND 0.01PFInductorsL_name node1 node2 value例如：L23 ACC PWR 10NTransmission linesTransmission linesTransmission lines损耗传输线的参数Microsoft Word文档Voltage sourcesVxx n1 n2 <<DC=>dcval><tranfun><AC=acmag, +<acphase>>例如：Vout txd0 dc=2 ac=1,90PulseVxxx n+ n-Pulse(v1 v2 td tr tf pw per)例如：.title (test of pulse).option post $控制语句.tran.5ns 75ns.Vpulse1 0 pulse(v1 v2 td tr tf pw per)r1 1 0 1k.param v1=2,v2=0 ,td=2ns,tf=2ns,pw=10ns,+per=30ns.endERROR: ioerror OFFENDING COMMAND: image STACK:。
HSPICE介绍
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3、Hspice所使⽤的单位（不区分⼤⼩写）4、输⼊⽂件格式（.net /.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：M BJT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- < dcval> >+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 0.5v AC=10V,90 直流分量是0.5vVxxx/ Iyyy n+ n-+tranfun：EXP, PULSE, PWL…。
HSPICE中传输线模型的结构及参量控制
产品名称Product name 密级Confidentiality level 技术资料内部公开产品版本Product version1.0Total 9pages 共9页HSPICE中传输线模型的结构及参量控制(仅供内部使用）For internal use only拟制: Prepared by 王晓东日期：Date2003-08-30审核: Reviewed by 日期：Dateyyyy-mm-dd审核: Reviewed by 日期：Dateyyyy-mm-dd批准: Granted by日期：Dateyyyy-mm-dd华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.版权所有侵权必究All rights reserved修订记录Revision record日期Date 修订版本Revisionversion修改描述change Description作者Author2003-08-30 1.01 初稿完成王晓东目录Table of ContentsHSPICE中传输线模型的结构及参量控制 (4)1内容概述 (4)2传输线HSPICE模型的结构 (4)3传输线模型的提取 (6)3.1传输线模型的提出过程 (6)3.2传输线模型的提取网表 (7)3.3传输线提取网表中的参数控制 (8)3.3.1参数conductivity (8)3.3.2参数computeX (8)4参数控制在实际仿真中应用 (8)及参量控制中传输线模型的结构及参量控制HSPICE中传输线模型的结构HSPICE 传输线传输线 模型关键词：HSPICE传输线摘要：重点讲述了在HSPICE仿真中，传输线模型的引用方法及传输线模型的结构，同时对于传输线提取过程中的参量进行了分析，对于不同仿真过程中参数的提取提供了依据。
1内容概述在我们HSPICE仿真的传输线模型的引用中，我们一般的作法都是在手册提供的DEMO的基础上，进行了层结构的改动，并没有理会其他的一些控制参量是否有意义，我们所提供的参量是否完备等问题，所以所有的传输线模型都是千篇一律，对于AC、DC、瞬态分析，不管频率为多少，都使用了同样的模型，在一定的程度上浪费了系统的资源，同时也因为对于参数没有准确的控制，增加了仿真的误差。
Hspice基础仿真分析与电路控制描述
Hspice基础仿真分析与电路控制描述WRITTEN BY XIAOYU2016年6月1日1.三类仿真功能（1）直流仿真（2）瞬态仿真（3）交流仿真2.在这三类仿真功能基础上可以细分为（1）敏感性仿真（2）零极点仿真（3）传输函数仿真（4）傅里叶仿真（5）噪声仿真（6）蒙特卡洛仿真3.下面进行详细介绍（1）直流仿真直流仿真主要分为五类：.DC .OP .SENSE .PZ .TF.DC：直流仿真基础，设置电源电压、温度、参数变量及直流扫描转移曲线的扫描范围.OP：分析电路直流工作点，包括各节点电压和支路电流.SENSE：计算指定输出变量对电路其他元件参数的直流小信号敏感度.PZ：在频率响应中计算电路的零点和极点.TF：计算指定输出变量对输入源的直流小信号传输函数，在仿真结果的list文件中打印增益值、输入阻抗和输出阻抗（2）瞬态仿真瞬态仿真主要分为两类：.tran .four.tran：瞬态仿真基础，在指定的时间范围内输出电路节点电压和电流的时域波形（时间扫描分析，可以看成一个虚拟的示波器）.four：瞬态仿真的子仿真语句，可以实现对电路某一节点的傅里叶分析（3）交流小信号仿真交流小信号仿真主要分为五类：.ac .disto .noise .sample .net.ac：定义交流小信号的频率扫描范围、扫描类型及扫描点.disto：计算电路中在交流仿真下的失真特性，主要计算电路输出的高次谐波特性.noise：噪声仿真，在电路直流工作点的基础上，计算交流节点电压的噪声值，计算包括热噪声、1/f噪声和闪烁噪声在内的总输出噪声。
并通过电路增益折算回输入端，得到等效输入噪声的功率谱密度.sample：实现对输出节点的电压信号的采样功能分析，尤其是在采样/保持电路、模数转换、数模转换设计中应用.net：计算电路的阻抗输入矩阵、导纳矩阵、混合矩阵及散射矩阵。
hspice语法手册
Hspice语法手册天津大学电信学院陈力颖Preface最初写作本文的目的是希望提供一份中文版的Hspice手册从而方便初学者的使用，本文的缘起是几位曾经一起工作过的同事分别进入不同的新公司，而公司主要是使用Hspice，对于已经熟悉了Cadence的GUI界面的使用者转而面对Hspice的文本格式，其难度是不言而喻的，而Hspice冗长的manual（长达2000页以上）更让人在短时间内理不出头绪。
鉴于我曾经使用过相当一段时间的Hspice，于是我向他们提供了一份简单而明了的handbook来帮助他们学习，本来是准备借助一个具体运放的设计例子，逐步完善成为一份case by case的教程，但由于工作比较浩大，加之时间的关系，一直难以完成，愈拖愈久，在几个朋友的劝说下，与其等其日臻完善后再发布，不如先行发布在逐步完善，以便可以让更多的朋友及早使用收益。
本文虽通过网络发表，但作者保留全部的著作权，转载时务请通知本人。
由于水平的有限，讨论范围的局限及错误不可避免，恳请读者指正。
联系方式为e-mail: nkchenliy@。
目录一、HSPICE基础知识 (2)二、有源器件和分析类型 (3)三、输出格式和子电路 (4)四、控制语句和OPTION语句 (6)五、仿真控制和收敛 (7)六、输入语句 (8)七、统计分析仿真 (9)天津大学电信学院陈力颖2006年２月一、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。
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
Hspice中文简明手册
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 ICEmphasis）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MetaSoftware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。
非均匀传输线的讨论 - 浙江大学电子邮件系统
非均匀传输线的讨论信电0806朱文俊（3080102483）冯丹（3080101365）目录引言一、传输线的数学模型（1）均匀传输线（2）非均匀传输线二、非均匀传输线的分析方法（1）非均匀传输线的ABCD参数法及和改进后的ABCD 参数的微分方程法（2）建立非均匀传输线仿真模型用Hspice电路仿真软件仿真（3）利用行波变换、驻波变换和耦合波理论进行分析三、我们的研究成果四、课题研究带来的收获引言：随着超大规模集成电路工作速度的不断提高、特性尺寸的不断减小以及电路复杂性的不断增加，传输线已成为影响电路性能和可靠性的重要因素。
其传输特性的分析对整个电路优化至关重要。
均匀传输线的分析比较简单，且有成熟的理论。
然而，当传输线由于交叉、弯曲而成为非均匀传输线时，均匀传输线的分析方法不再适用。
我们在均匀传输线理论的基础上，对非均匀传输线模型进行分析，运用不同方法求解非均匀传输线的传输特特性。
一、传输线的数学模型：传输线上电流和电压的取值是与时间有关的，并且由于传输线的分布参数效应，线上不同位置的电流、电压在相同时刻的值也会不同，因此电压和电流可表示为u(z，t)，i(z，t)，并且令R( z)，G(z )，L (z )，C(z)分别为传输线的电阻、电导、电感和电容分布参数，其中t表示时间，z表示互连线上的位置。
考虑传输线上位置。
处一长度为△z的线元，当△足够小时，可认为该线元是均匀传输线，并且忽略该微段上电路参数的分布性而采用集总电路模型来等效代替，可以得到传输线等效集总模型，如图1所示。
整个传输线可以视为由一系列这样的微段线元级联而成，应用基尔霍夫定律可以得到：整理后得：当△z →O时得到具有连续分布参数的传输线的时域电报方程：（1）均匀传输线传输线均匀时C( z)，L( z)，G(z)和R(z)为常量。
而将简谐变量用相应的复数表示之后就得到了课本中的复数形式传输线方程：R’=0,G’=0时传输线无损。
HSPICE简明手册
Hspice 简明手册Hspice是一个模拟电路仿真软件，在给定电路结构和元器件参数的条件下，它可以模拟和计算电路的各种性能。
用Hspice分析一个电路，首先要做到以下三点：（1）给定电路的结构（也就是电路连接关系）和元器件参数（指定元器件的参数库）；（2）确定分析电路特性所需的分析内容和分析类型（也就是加入激励源和设置分析类型）；（3）定义电路的输出信息和变量。
Hspice规定了一系列输入，输出语句，用这些语句对电路仿真的标题，电路连接方式，组成电路元器件的名称，参数，模型，以及分析类型，以及输出变量等进行描述。
一Hspice输入文件的语句和格式Hspice输入文件包括电路标题语句，电路描述语句，分析类型描述语句，输出描述语句，注释语句，结束语句等六部分构成，以下逐一介绍：1 电路的标题语句电路的标题语句是输入文件的第一行，也成为标题行，必须设置。
它是由任意字母和字符串组成的说明语句，它在Hspice的title框中显示。
2 电路描述语句电路描述语句由定义电路拓扑结构和元器件参数的元器件描述语句，模型描述语句和电源语句等组成，其位置可以在标题语句和结束语句之间的任何地方。
（1）电路元器件Hspice要求电路元器件名称必须以规定的字母开头，其后可以是任意数字或字母。
除了名称之外，还应指定该元器件所接节点编号和元件值。
电阻，电容，电感等无源元件描述方式如下：R1 1 2 10k (表示节点1与2间有电阻R1,阻值为10k欧)C1 1 2 1pf (表示节点1与2间有电容C1,电容值为1pf)L1 1 2 1mh (表示节点1与2间有电感L1,电感值为1mh)半导体器件包括二极管，双极性晶体管，结形场效应晶体管，MOS场效应晶体管等，这些半导体器件的特性方程通常是非线性的，故也成为非线性有源元件。
在电路CAD工具进行电路仿真时，需要用等效的数学模型来描述这些器件。
（a）二极管描述语句如下：DXXXX N+ N- MNAME <AREA> <OFF> <IC=VD>D为元件名称，N+和N-分别为二极管的正负节点，MNAME是模型名，后面为可选项：AREA是面积因子，OFF时直流分析所加的初始条件，IC=VD时瞬态分析的初始条件。
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。
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)
25
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
HSPICE中传输线模型的结构及参量控制
HSPICE中传输线模型的结构及参量控制在电路仿真软件HSPICE中，传输线模型是一种用于描述传输线行为的模型。
传输线模型是利用一系列的方程和参量来描述传输线上电媒质的物理特性。
在HSPICE中，传输线模型由四个主要部分组成：传输线参数、电纳、电抗和耗散模型。
传输线参数描述了传输线的几何特性和物理特性，包括传输线长度、传输线截面积、电介质常数等。
在HSPICE中，通过指定几何参数和物质参数来定义传输线参数。
例如，可以使用L参数定义传输线的长度、Z0参数定义传输线的特性阻抗等。
电纳模型用于描述传输线的电动力学行为，包括电感和电容。
在HSPICE中，可以使用L模型和C模型来定义传输线的电感和电容。
通过指定电感值和电容值，可以准确描述传输线上电流和电压的关系。
电抗模型用于描述传输线的导电性质，包括电导和电阻。
在HSPICE 中，可以使用G模型和R模型来定义传输线的电导和电阻。
通过指定电导值和电阻值，可以描述传输线上电流和电压的耗散行为。
耗散模型用于描述传输线的能量损耗，包括传导损耗和介质损耗。
在HSPICE中，可以使用R_loss模型和C_loss模型来定义传输线的传导损耗和介质损耗。
通过指定传导损耗和介质损耗的比例值，可以模拟传输线上信号的衰减现象。
传输线模型中的参量控制可以用于调整模型的参数值，从而实现对传输线行为的精确描述。
在HSPICE中，可以使用.param语句来定义和控制传输线模型的参量。
通过指定参量的名称和值，可以调整传输线的几何特性、物质特性和电动力学行为等。
总之，HSPICE中的传输线模型通过传输线参数、电纳、电抗和耗散模型来描述传输线的物理特性和行为。
通过控制参量，可以精确调整模型参数值，实现对传输线行为的准确仿真。
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产品名称Product name 密级Confidentiality level 技术资料内部公开产品版本Product version1.0Total 9pages 共9页HSPICE中传输线模型的结构及参量控制(仅供内部使用）For internal use only拟制: Prepared by 王晓东日期：Date2003-08-30审核: Reviewed by 日期：Dateyyyy-mm-dd审核: Reviewed by 日期：Dateyyyy-mm-dd批准: Granted by日期：Dateyyyy-mm-dd华为技术有限公司Huawei Technologies Co., Ltd.版权所有侵权必究All rights reserved修订记录Revision record日期Date 修订版本Revisionversion修改描述change Description作者Author2003-08-30 1.01 初稿完成王晓东目录Table of ContentsHSPICE中传输线模型的结构及参量控制 (4)1内容概述 (4)2传输线HSPICE模型的结构 (4)3传输线模型的提取 (6)3.1传输线模型的提出过程 (6)3.2传输线模型的提取网表 (7)3.3传输线提取网表中的参数控制 (8)3.3.1参数conductivity (8)3.3.2参数computeX (8)4参数控制在实际仿真中应用 (8)及参量控制中传输线模型的结构及参量控制HSPICE中传输线模型的结构HSPICE 传输线传输线 模型关键词：HSPICE传输线摘要：重点讲述了在HSPICE仿真中，传输线模型的引用方法及传输线模型的结构，同时对于传输线提取过程中的参量进行了分析，对于不同仿真过程中参数的提取提供了依据。
1内容概述在我们HSPICE仿真的传输线模型的引用中，我们一般的作法都是在手册提供的DEMO的基础上，进行了层结构的改动，并没有理会其他的一些控制参量是否有意义，我们所提供的参量是否完备等问题，所以所有的传输线模型都是千篇一律，对于AC、DC、瞬态分析，不管频率为多少，都使用了同样的模型，在一定的程度上浪费了系统的资源，同时也因为对于参数没有准确的控制，增加了仿真的误差。
此文就是将传输线模型提取中的各个参量进行描述，以便根据具体的仿真情况进行参量的控制，简化模型，达到合理利用资源的目的，同时根据在仿真中的摸索，给出了手册DEMO中没有的控制参量及其对传输线模型的影响，最后，对传输线模型的提取步骤及方法进行了描述，同过此描述可以理解HSPICE在传输线仿真中的使用场合和其仿真的局限性。
2传输线HSPICE模型的结构在HSPICE中，传输线模型的结构如下所示：*SYSTEM_NAME : h26twodif** ------------------------------------ Z = 0.00066548* //// Top Ground Plane //////////////* ------------------------------------ Z = 0.0006477* die H = 0.00019304* ------------------------------------ Z = 0.00045466* die H = 0.00024384* ------------------------------------ Z = 0.00021082* die H = 0.00019304* ------------------------------------ Z = 1.778e-05* //// Bottom Ground Plane ///////////* ------------------------------------ Z = 0* L(H/m), C(F/m), Ro(Ohm/m), Go(S/m), Rs(Ohm/(m*sqrt(Hz)), Gd(S/(m*Hz)).MODEL h26twodif W MODELTYPE=RLGC, N=4+ Lo = 3.88473e-07+ 3.98339e-08 3.88473e-07+ 9.14202e-08 3.11164e-08 3.88465e-07+ 3.11164e-08 9.14202e-08 3.98306e-08 3.88465e-07+ Co = 1.31384e-10+ -9.88635e-12 1.31384e-10+ -2.95983e-11 -5.16256e-12 1.31386e-10+ -5.16256e-12 -2.95983e-11 -9.88567e-12 1.31386e-10+ Ro = 6.40707e+00+ 0.00000e+00 6.40707e+00+ 0.00000e+00 0.00000e+00 6.40707e+00+ 0.00000e+00 0.00000e+00 0.00000e+00 6.40707e+00+ Go = 0.00000e+00+ -0.00000e+00 0.00000e+00+ -0.00000e+00 -0.00000e+00 0.00000e+00+ -0.00000e+00 -0.00000e+00 -0.00000e+00 0.00000e+00+ Rs = 6.86480e-04+ 1.09419e-04 6.86480e-04+ 2.21360e-04 9.59246e-05 6.86480e-04+ 9.59246e-05 2.21360e-04 1.09419e-04 6.86480e-04+ Gd = 1.40337e-11+ -1.05600e-12 1.40337e-11+ -3.16152e-12 -5.51435e-13 1.40339e-11+ -5.51435e-13 -3.16152e-12 -1.05593e-12 1.40339e-11由上可以看出，传输线模型其实就是一个矩阵集，包括了所有可以表征传输线特性的各个参量的子矩阵，其子矩阵的阵列数由传输线的个数决定，其行列之间的对应关系也就呼应了各个传输线之间的对应关系。
在传输线模型中，包括了RO、Rs、L、C、Go、Gd六个分量，其中每个分量所代表的含义如下：L：传输线的电感距阵，其中矩阵的对角为各个传输线的自感，其余的为各个传输线之间的互感，正是基于这种结构，所有参量的矩阵都是三角矩阵；单位为H/mC：传输线的电容矩阵，和其电感矩阵一样，包括自身对参考平面的电容和线间的电容；单位为F/mRO：直流带内阻矩阵，也就是在传输线在0.001Hz频率的激励通过的情况下所具有的电阻，由于电阻的定义，所以此参量矩阵只有对角线的单元有意义；单位为Ω/mRs：趋肤电阻矩阵，也就是传输线在1.39GHz频率的激励通过的情况下，由于趋肤效应所引起的趋肤损耗；单位为Ω/m*EXT（Hz）Go：由于介质中自由电子的移动产生的漏电流所产生的损耗；单位为S/mGd: 由于在交互磁场的作用下，由于双极子产生的旋转所引起的漏电流产生的损耗；单位为S/m*Hz在传输线模型参数的定义中，L 、C、RO、Go是在静电场的作用下所产生的寄生参数，和频率有关的只有两项参数，分别是Rs和Gd，也是在高速仿真中最重要的两项指标。
3传输线模型的提取3.1传输线模型的提出过程在HSPICE的场提取过程中，是分为两步过程来进行计算的，首先，系统设定在激励源频率为1.0e-3Hz的情况下，（也就是近似于静电场的情况下）计算传输线结构中传输线自身的和各个传输线之间的寄生参数L 、C、Ro、Go，得出上面四个参数的矩阵，然后系统设定在激励源频率为1.38e+9Hz的情况下，（也就是在高频电磁场的作用下），计算传输线中传输线自身的和各个传输线之间的寄生参数Rs和Gd，得出这两个参数的矩阵。
在HSPICE的传输线模型引用中，对于Ro、Rs、Go、Gd四个参量并不是分别引用的，而是将Ro、Rs整和在一起，依照如下的公式关系得出最终引用的数值R（f）≈Ro+EXT(f)*Rs对于Go、Gd两项是依照以下的公式进行整和的G(f)≈Go+f*Gd由以上两式可以得出R、G参量和频率的关系。
由以上的两个公式可以看出，对于HSPCIE的传输线模型，其R、G和频率的对应关系并不是严格的反映该频点的电参数，而是根据在近似直流电场和和GHz高频电磁场的准确建模的前提下，依照和频率一定的对应关系，近似的计算出其他频点的电参数。
由于我们的材质并不是线形媒质，所以对于模型的准确度应该在700MHz的情况下是最差的。
但是在低频点和GHZ的高频点，由于其对应的频点接近计算频点，所以其准确性和实际的相差不大。
3.2传输线模型的提取网表在HSPICE的传输线模型提取中，是通过编写网表的形式进行的，在网表中，详细的描述了传输线的结构，各个提取参数的控制等信息，由于网表的编写方法在HSPICE的应用手册中都有详细的描述，所以在此文中不在进行论述，在此重点的描述一下各个提取参数的意义及应用场合。
传输线模型的提取网表如下所示：H26W6S10_two*.OPTIONS probe postvimpulse in1 gnd pulse 4.82v 0v 1n 100p 100p 400pw1 in1 in2 in3 in4 gnd out1 out2 out3 out4 gnd fsmodel=h26twodif n=4 l=0.5.material die dielectric er=4.3 losstangent=0.017 (conductivity=0.02meg).material copper metal conductivity=57.6meg.shape trace rectangle width=6mil height=0.7mil nw=10 nh=2.layerstack stack+layer=(copper, 0.7mil) layer=(die, 7.6mil) layer(die, 9.6mil) layer(die,7.6mil)layer(copper, 0.7mil).fsoptions opt1 accuracy=high printdata=yes computeg0=no computegd=yes computer0=no computers=no.model h26twodif w modeltype=fieldsolver+layerstack=stack+fsoptions=opt1+rlgcfile=h26twodif.rlgc+conductor=(shape=trace origin=(0mil, 7.6mil) material=copper type=signal ) conductor=(shape=trace origin=(16mil, 7.6mil ) material=copper type=signal) +conductor=(shape=trace origin=(0mil, 17.9mil) material=copper type=signal)+conductor=(shape=trace origin=(16mil,17.9mil) material=copper type=signal).tran 0.5n 10n*.probe v(out1).end3.3传输线提取网表中的参数控制conductivity3.3.1参数conductivity在提取网表中，material一项描述板材的信息，在手册中，只是给出了介质定义介电常数（er）、介质损耗角(losstangent)，对于铜线，只定义了导电率(conductivity)的信息。