Designers-Guide to Spice and Spectre总结文档

Designers-Guide to Spice and Spectre

— Ken Kundert, 1995

1.1 绪论

1. 为什么要读这本书？

① 该书是介于算法和教你如何操作软件之间的一本书，可以帮助你更好的使用

Simulator 的设置。

② Simulator 仿出的结果可靠不？精确不？是否收敛？应该如何处理，如何设置？ ③ 读完这本书，你应该会：

1) Simulator 如何计算结果？

2) Simulator 会产生何种错误？如何识别？

3) 如何提高仿真精度？

4) 如何克服不收敛的情况？

5) 对于一些特殊电路，会产生什么错误？如何识别？

6) 明白仿真器里设置convergence ，error control 的一些重要参数

7) 能知道仿真器的错误信息出在什么地方，如何解决？

2. 电路仿真软件的发展历史

① 直接方法：求出电路的微分方程组，用数值积分方法差分化，然后用牛顿迭代

法求解非线性代数方程组。⇒是最准确，可靠，最通用的方法

② Explicit integration methods ⇒方法问题很多

③ relaxiton methods ⇒方法问题很多

3. Spice Options

① Global Options:

Abstol ：控制电流，默认为1pA

Vntol ：控制电压，默认为1uV

Reltol ：相对误差，对于牛顿收敛准则和截断误差准则同时起作用，默认10-3，

对于重要电路，这个应该设置小一些，比如说10-5或者10-6

Gmin ：防止非线性器件关断后的浮空节点，默认为10-12 Ω-1

Limpts ，Pivrel ，Pivtol ：无用处

② DC Analysis Options:

ltl1：DC 工作点最大牛顿迭代次数，默认100

ltl2：DC Sweep 最大牛顿迭代次数，默认50

ltl6：Source Stepping 的最大步长数

增加以上3个值，可以增加DC 牛顿迭代收敛，但是会降低速度。

③ Transient Analysis Options:

()()()max n npred n Q t Q t Trtol reltol Q Chgtol α−<⋅⋅⋅+

Chgtol：控制LTE，见上面式子

ltl3：瞬态过程最小牛顿迭代次数，默认为4

ltl4：瞬态过程最大牛顿迭代次数，默认为10

ltl5：整个瞬态过程总的牛顿迭代次数的最大值，默认为5000

lvltim：设置时间步长控制算法。lvltim=1，不使用LTE控制步长；lvltim=2，使用LTE控制步长。默认为2

Maxord：Gear的阶数，默认2，最高6。建议不要使用高阶Gear方法。

Method：可选择Trapezoidal和Gear

Tmax：默认Tmax=(Tstop−Tstart)/50，同时Tmax不超过最短传输线的延迟时间。

这个参数一般应该设小一些，具体如何设置看本文的傅利叶分析一章。

Tstep：对傅利叶分析有影响。对结果波形有影响。

Trtol：默认为7，不允许变小，只能不变或者变大。见本文瞬态分析一章。

Uic：Uic＝0（spice默认）相当于skipdc=no（spectre默认），仿真器计算DC工作点，当有接地电感时，这个会导致电感中大电流和瞬态初始的大电压。

Uic=1相当于skipdc=yes，不计算工作点，按照规定设置工作点。这个的一

般问题是会导致初始不连续。

增加ltl4可以帮助瞬态牛顿迭代过程的收敛。

4.Spectre Options

①Global Options:

Approx 允许Cadence对器件的模型公式做小的近似，可以加快仿真速度Diagnose 可以帮助诊断电路，默认是关闭的。因此，可以显示仿真过程中的一些不寻常的事件，帮助收敛。推荐打开。

Gmin 防止非线性器件关断后的浮空节点，默认为10-12 Ω-1

Homotopy 使用连续性方法计算DC工作点或者瞬态仿真的初始值。可以选择none，gmin，source，ptran，dptran，all。默认值是all，也就是使用任

何可以选择的方法实现收敛。一般all是最好的，所以这个选项不要动。

控制电压和电流，和spice一样。

iabstol，

vabstol

Reltol 通用误差控制，非常的常用和重要。

limit 帮助牛顿迭代收敛的辅助算法。可选择dev，delta，log。默认是dev，即指定限制的是device。这个一般不要动。

Macromodels 默认是no。当仿真宏模型时，选择yes，可以帮助收敛，可以容忍宏模型仿真中出现的一些不连续和怪异的事情。

Opptcheck 检查电路中每个器件的一些参数和电压电流是否超过允许范围，会报warning。

Pivabs 控制Jacobian距阵的一个量。默认值为0。

Pivotdc 控制Jacobian距阵的一个量，默认是disable。

Pivrel 控制Jacobian距阵的一个量，默认是10-3。

rforce 用在nodesets，nodeforces，initial condition s时候。如果rforce的出现引起初始偏置不准确，那么可以减小rforce。

注：在nodesets，nodeforces，initial conditions情况下，都要使用rforce进行偏置。

②DC Analysis Options:

Check 检查器件的工作参数是否超出soft limits的范围，和opptcheck基本相同的作用

force

spectre中的一个新概念，类似与tran中的initial conditon，强制限定节点

电压或者支路电流。目的是给出一个独立的解，因此该解一般是不平衡的。

有4个选项：none，node，dev，all，默认是none，也就是不强制限定任何

节点电压和支路电流，电路的工作点完全由求解方程得到。

force=none 不强制限定任何节点电压和支路电流。

force=node 采用Initial conditon中设置的值强制限定节点电压和支路

电流。

force=dev 采用device中设置的值强制限定节点电压和支路电流。比

如说电容初始电压和电感初始电流。

force=all 同时采用Initial conditon中和device中设置的值强制限定

节点电压和支路电流。

这里会有一个问题，当选择force=all的时候，Initial conditon中和device中

设置的值会不会冲突？比如说电容电压和节点电压。

实验结果是spectre会报warning，说两个值不一致，然后忽略掉Initial

conditon而采用device中设置的值。

homotopy DC中的homotopy会覆盖Global中的homotopy，但作用是一样的。Maxiters DC分析中牛顿迭代的最大次数，默认150，一般不需要改。

Maxsteps DC分析中当采用homotopy时最大步长数，默认10000，不需要修改。Readforce 采用文件的形式定义nodeforce。可以手动定义，也可以采用spectre仿真出的文件。

Readns 采用文件的形式定义nodesets。可以手动定义，也可以采用spectre仿真出的文件。

Restart 默认值是restart=yes，但当需要进行一系列仿真（比如说ac，dc，tran等）的时候restart=no会有用处。一般不要动这个选项。不管是设置restart=yes

还是no，spectre都照样计算初始的工作点，唯一不同的是牛顿迭代的初始

起点不一样罢了。