友情提示：如果本网页打开太慢或显示不完整，请尝试鼠标右键“刷新”本网页！
电子电路大全(PDF格式)-第36部分
快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部! 如果本书没有阅读完，想下次继续接着阅读，可使用上方 "收藏到我的浏览器" 功能 和 "加入书签" 功能！
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。
②二极管描述语句如下：
DXXXX N＋ NMNAME
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是直流分析所加的初始条件，IC=VD 是瞬态分析的初始条件。
③双极型晶体管
QXXXX NC NB NE MNAME
Q 为元件名称，NC NB NE 分别是集电极、基极、发射极和衬底的节点。缺省时，
NS 结地。后面可选项与二极管的意义相同。
④结型场效应晶体管
JXXXX ND NG NS MNAME
J为元件名称，ND NG NS为漏、栅、源的节点，MNAME 是模型名 ，后面为可选项与二
极管的意义相同。
⑤MOS 场效应晶体管
MXXXX ND NG NS NB MNAME
M为元件名称，ND，NG，NS，NB 分别是漏、栅、源和衬底节点。MNAME 是模型名，L
沟道长，M为沟道宽。
（2）元器件模型
许多元器件都需用模型语句来定义其参数值。模型语句不同于元器件描述语句，它是
以“。”开头的点语句，由关键字。MODEL模型名称，模型类型和一组参数组成。电阻、电容、
2
…………………………………………………………Page 451……………………………………………………………
二极管、MOS 管、双极管都可设置模型语句。这里我们仅介绍MOS 管的模型语句，其他的
可参考Hspice帮助手册。
MOS 场效应晶体管是集成电路中常用的器件，在Hspice 有 20 余种模型，模型参数有
40――60 个，大多是工艺参数。例如一种MOS 模型如下：
。MODEL NSS NMOS LEVEL=3 RSH=0 TOX=275E…10 LD=。1E…6 XJ=。14E…6
＋ CJ=1。6E…4 CJSW=1。8E…10 UO=550 VTO=1。022 CGSO=1。3E…10
＋ CGDO=1。3E…10 NSUB=4E15 NFS=1E10
＋ VMAX=12E4 PB=。7 MJ=。5 MJSW=。3 THETA=。06 KAPPA=。4 ETA=。14
。MODEL PSS PMOS LEVEL=3 RSH=0 TOX=275E…10 LD=。3E…6 XJ=。42E…6
＋ CJ=7。7E…4 CJSW=5。4E…10 UO=180 VTO=…1。046 CGSO=4E…10
＋ CGDO=4E…10 TPG=…1 NSUB=7E15 NFS=1E10
＋ VMAX=12E4 PB=。7 MJ=。5 MJSW=。3 ETA=。06 THETA=。03 KAPPA=。4
上面：。MODEL为模型定义关键字。NSS 为模型名，NMOS为模型类型，LEVEL=3 表示半经
验短沟道模型，后面RSH=0 等等为工艺参数。
（3）电路的输入激励和源
Hspice中的激励源分为独立源和受控源两种，这里我们仅简单介绍独立源。独立源有
独立电压源和独立电流源两种，分别用V 和I 表示。他们又分为直流源，交流小信号源和
瞬态源，可以组合在一起使用。
①直流源
VXXXX N＋ NDC VALUE
IXXXX N＋ NDC VALUE
例如：VCC 1 0 DC 5v （表示节点 1，0 间加电压 5v）
②交流小信号源
VXXXX N＋ NAC
IXXXX N＋ NAC
其中，ACMAG 和ACPHASE 分别表示交流小信号源的幅度和相位。
例如：V1 1 0 AC 1v （表示节点 1，0 间加交流电压幅值 1v，相位 0）
③ 瞬态源
瞬态源有几种，以下我们均只以电压源为例，电流源类似：
* 脉冲源（又叫周期源）
VXXXX N＋ NPULSE（V1 V2 TD TR TF PW PER）
V1 初始值，V2 脉动值，TD 延时，TR 上升时间，TF下降时间，PW脉冲宽度，PER 周
期
例如：V1 5 0 PULSE（0 1 2NS 4Ns 4Ns 20NS 50NS）
* 正弦源
VXXXX N＋ NSIN（V0 VA FREQ TD THETA PHASE）
V0：偏置，VA：幅度，FREQ： 频率 ，TD ：延迟，THETA： 阻尼因子，PHASE：相位
* 指数源
3
…………………………………………………………Page 452……………………………………………………………
VXXXX N＋ NEXP（V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2）
V1 初始值，V2 中止值，TD1 上升延时，TAU1 上升时间常数，TD2 下降延时，TAU2 下降
时间常数
例如：V1 3 0 EXP（0 2 2ns 30ns 60ns 40ns）
* 分段线性源
VXXXX N＋ NPWL（T1 V1 ）
其中每对值（T1，V1）确定了时间t＝T1 是分段线性源的值V1。
例如：Vpwl 3 0 PWL（0 1，10ns 1。5）
（4）子电路
①。 采用。GLOBAL设置全局节点：
。GLOBAL node1 node2 node3…
②．* 子电路语句
。SUBCKT SUBNAM N1《 N2 。。。》
子电路的定义由。SUBCKT 语句开始。SUBNAM是子电路名，N1《 N2 。。。》是外部节点号
* 终止语句
。ENDS （表示结束子电路定义）
* 子电路调用语句
XYYYY N1《 N2 。。。》 SUBNAM
在Spice中调用子电路的方法是设定以字母X 开头的伪元件名，其后是用来连接到子电
路上的节点号，在后面是子电路名。
例如：。SUBCKT OPAMP 1 2 3 4
具体运放电路描述
。ENDS
Xop 1 2 3 4 OPAMP （调用该运放子电路）
1。4 电路的分析类型描述语句
分析类型描述语句由定义电路分析类型的描述语句和一些控制语句组成，如直流分析
（。OP），瞬态分析（。TRAN）等分析语句，以及初始状态设置（。IC），选择项设置（。OPTIONS）
等控制语句。它的位置可在标题语句和结束语句之间的任何地方。
（1）直流分析：
对DC、AC和TRAN分析将自动进行直流操作点（DC OP）的计算，但。TRAN UIC将直接设
置初始条件，不进行DC OP的计算。
直流分析包含以下五种语句：
。DC：直流扫描分析；
。OP：直流操作点分析；
。PZ：Pole/Zero分析；
。SENS：直流小信号敏感度分析；
。TF：直流小信号传输函数分析。
4
…………………………………………………………Page 453……………………………………………………………
。DC（直流扫描语句）：在指定的范围内，某一个独立源或其他电路元器件参数步进变化
时，计算电路滞留输出变量的相应变化曲线。
。DC var1 start1 stop1 inc1 sweep var2 type np start2 stop2
例如：。DC VIN 0。25 5。0 0。25 （表示电压源VIN 的值从 0。25V扫描到 5V，每次增量
0。25V）
（2）交流分析：
交流分析是指输出变量作为频率的函数。 交流分析包括以下四种语句：
。NOISE：噪声分析；
。DISTO：失真分析；
：网络分析；
。SAMPLE：采样噪声分析。
。AC（交流分析语句）：在规定的频率范围内完成电路的交流小信号分析
。AC DEC ND FSTART FSTOP （数量级变化）
其中，DEC 为 10 倍频，ND 为该范围内点的数目，FSTART初始频率，FSTOP 中止频率。
例如： 。AC DEC 10 1 10K （指从 1 到 10KHZ范围，每个数量级取 10 点，交流小信号
分析）
（3）瞬态分析：
瞬态分析是指计算的电路结果作为时间的函数。
一般形式： 。TRAN TSTEP TSTOP
TSETP 为时间增量，TSTOP 为终止时间，TSTART 为初始时间（若不设定，则隐含值为
0）
例如：。TRAN 1NS 10000NS 500NS （瞬态分析 500—10000NS，步长为 1NS）具体电路的
分析类型描述语句可查阅Hspice在线帮助。
1。5 输出格式描述语句
（1）输出命令包括：
。PRINT、。PLOT、GRAPH、。PROBE和。MEASURE。
。PLOT antype ov1 ov2… plo1，phhi1…plo32，phi32
。PROBE ov1 ov2… ov32
。PRINT antype ov1 ov2… ov32
有五种输出变量形式：
①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 TYPE V（node） 或 。plot I（node），也可用。graph、。probe。
TYPE 为指定的输出分析类型，如（DC）；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。
②交流分析：
用于显示节点电压和支路电流的实部、虚部和相位。
5
…………………………………………………………Page 454……………………………………………………………
vi（node）表示节点电压的虚部，ip（node）表示节点电流的相位，vp（4，6）表示节点 4、
6 间的相位角。
③器件模版：
用于显示制定的器件节点的电压、支路电流和器件参数。
lv16（m3）表示MOS管m3 的漏电流，其他表示方式见手册。
④MEASURE语句：
用于显示用户自定义的变量。
可以采用的句法包括：raise，fall，delay，average，RMS，min，max，p…p等。
⑤参数语句：
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’）
（2）还可以采用AvanWave 进行波形输出
电路的波形可以在AvanWave中TOP层下双击添加子电路层后选择显示。
1。6 控制语句和 option 语句
（1）。OPTION（可选项语句）：
。options语句格式：。options opt1 opt2 opt3… opt=x
ACCT（打印出计算和运行时间统计）
LIST（打印出输入数据总清单）
NODE（打印出结点表）
NOMOD（抑制模型参数的打印输出）
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。option list表示将器件网表、节点连接方式等输入到列表
文件，用于debug与电路拓扑结构有关的问题，。option node表示将输出节点连接表到列表
文件，用于debug与由于电路拓扑结构引起的不收敛问题，。option acct表示在列表文件中
输出运行时间统计和仿真效率，。option opts在列表文件中报告所有的。option设
置，。option nomod表示不输出MODEL参数，以便减小列表文件的大小，。option brief=1
表示不输出网表信息，直到设置。option brief=0，。protect/。unprotect用于屏蔽网表文
件中要保护的信息，。option bypass=1 不计算latent器件，。option autostop表示当所
有。measure语句完成时，终止仿真，。option accurate=1 表示设置为最精确的仿真算法和
容差，tstep表示仿真步长值，delmax表示最大允许时间步长，其中delmax=tstep*max，
。option dvdt=4 用于数字CMOS电路仿真（默认设置），。option dcca=1 在直流扫描时
强行计算随电压变化的电容，。option captab对二极管、BJT管、MOS、JFET、无源电容器，
打印出信号的节点电容值，。option dcstep=val将直流模型和器件转换为电导，主要应用
于“No DC Path to Ground”或有直流通路，但不符合Hspice定义的情况。
（2）MODEL OPTION 语句：
SCALE影响器件参数，如：L、W、area，SCALM影响model参数，如：tox、vto、tnom。
（3）注释语句
6
…………………………………………………………Page 455……………………………………………………………
注释语句以”*”为首字符，位置是任意的，它为非执行语句。
1。7 仿真控制和收敛
Hspice仿真过程采用Newton…Raphson算法通过迭代解矩阵方程，使节点电压和支路电
流满足Kirchoff定律。迭代算法计算不成功的节点，主要是因为计算时超过了Hspice限制
的每种仿真迭代的总次数从而超过了迭代的限制，或是时间步长值小于Hspice允许的最小
值。
（1）造成 Hspice 仿真不收敛主要有“No Convergence in DC Solution”和“Timestep too
Small”，其可能的原因是：
①电路的拓扑结构：
电路拓扑结构造成仿真不收敛主要有：电路连线错误，scale、scalm和param语句错误，
其他错误可以通过查找列表文件中的warning和errors发现。
解决的方法是：将电路分成不同的小模块，分别进行仿真；简化输入源；调整二极管
的寄生电阻；调整错误容差，重新设置RELV，ABSV，RELI，ABSI，RELMOS，ABSMOS等。
②仿真模型：
由于所有的半导体器件模型都可能包含电感为零的区域，因此可能引起迭代的不收敛。
解决的方法是：在PN结或MOS的漏与源之间跨接一个小电阻；将。option中默认的
GMINDC、GMIN增大。
③仿真器的options设置：
仿真错误容差决定了仿真的精度和速度，要了解你所能接受的容差是多少。
解决的方法是：调整错误容差，重新设置RELV，ABSV，RELI，ABSI，RELMOS，ABSMOS
等。
（2）针对仿真分析中可能出现的不收敛情况进行分析：
①直流工作点分析：
每种分析方式都以直流操作点分析开始，由于Hspice有很少的关于偏置点的信息，所
以进行DC OP分析是很困难的，分析结果将输出到。ic文件中。
对DC OP分析不收敛的情况，解决方法是：删除。option语句中除acct，list，node，
post之外的所有设置，采用默认设置，查找。lis文件中关于不收敛的原因；使用。nodeset
和。ic语句自行设置部分工作点的偏置；DC OP不收敛还有可能是由于model引起的，如在亚
阈值区模型出现电导为负的情况。
②直流扫描分析：
在开始直流扫描分析之前，Hspice先做DC OP计算，引起直流扫描分析不收敛的原因可
能是快速的电压或电流变化，模型的不连续。
解决的方法是：对于电压或电流变化太快，通过增加ITL2 来保证收敛，。option ITL2
是在直流扫描分析中在每一步允许迭代的次数，通过增加迭代次数，可以在电压或电流变
化很快的点收敛。对于模型的不收敛，主要是由于MOS管线性区和饱和区之间的不连续，
Newton…Raphson算法再不连续点处进行迭点计算产生震荡，可以通过增减仿真步长值或改
变仿真初始值来保证收敛，如：。dc vin 0v 5v 0。1v的直流分析不收敛，可以改为。dc vin
7
…………………………………………………………Page 456……………………………………………………………
0v 5v 0。2v增大步长值，。dc vin 0。01v 5。01v 0。1v改变仿真的范围。
③AC频率分析：
由于AC扫描是进行频率分析，一旦有了DC OP，AC分析一般都会收敛，造成不收敛的原
因主要是DC OP分析不收敛，解决的方法可以参看前面关于DC OP的分析。
④瞬态分析：
瞬态分析先进行直流工作点的计算，将计算结果作为瞬态分析在T0 时刻的初始值，再
通过Newton…Raphson算法进行迭代计算，在迭代计算过程中时间步长值是动态变化
的，。tran tstep中的步长值并不是仿真的步长值，只是打印输出仿真结果的时间间隔的值，
可以通过调整。options lvltim imax imin来调整步长值。
瞬态分析不收敛主要是由于快速的电压变化和模型的不连续，对于快速的电压变化可
以通过改变分析的步长值来保证收敛。对模型的不连续，可以通过设置CAPOP和ACM电容，
对于给定的直流模型一般选择CAPOP=4，ACM=3，对于level 49，ACM=0。对瞬态分析，默认
采用Trapezoidal算法，精度比较高，但容易产生寄生振荡，采用GEAR算法作为滤波器可以
滤去由于算法产生的振荡，具有更高的稳定性。
1。8 输入语句
对于。param语句，。param PARHIER=GLOBAL是默认的，使得参数可以按照Top…Down变
化。param PARHIER=LOCAL，可以是参数只在局部有效。
对于。measure语句，可以采用的模式有rise，fall，delay，average，rms，min，
peak…to…peak，Find…When，微分和积分等。对Find…When语句，。measure
result find val when out_val=val ，对微分和积分语句，。measure
result val 。
对于。ALTER语句，可以通过改变。ALTER来改变使用不同的库，其中。ALTER语句可以包
含element语句、。data、。lib、。dellib、。include、。model、。nodeset、。ic、。op、
。options、。param、。temp、。tf、。dc、。ac语句，不能包含。print、。plot、。graph
或其他I/O语句，同时应该避免在。ALTER中增加分析语句。
1。9 统计分析仿真
主要是对器件和模型进行Monte Carlo分析，随机数的产生主要依赖Gaussian、
Uniform、Limit分析，通过。param设置分布类型，将dc、ac、tran设置为Monte Carlo分析，
用。measure输出分析结果，如：
。param tox=agauss（200，10，1）
。tran 20p 1n sweep MONTE=20
。model … tox=tox …
其中，对Gaussian分析。param ver=gauss（nom_val，rel_variation，sigma，mult），
。param ver=agauss（nom_val，abs_variation，sigma，mult），
对Uniform分析，。param ver=unif（nom_val，rel_variation，mult），
。param ver=aunif（nom_val，abs_variation，mult），
8
…………………………………………………………Page 457……………………………………………………………
对Limit分析，。param ver=limit（nom_val，abs_variation），如果你拼错Gauss或
Uniform、Limit，不会产生警告，但不将产生分布。
1。10 HSPICE 仿真示例
Hspice 可以执行各种模拟电路仿真，它的精度很高。通过点击桌面快捷方式Hspice，
启动Hspice。
Hspice模拟步骤如下：
①由电路图提取网表或手工编写网表，注意网表文件以。sp结尾。例如，电路网表文件
为eyediag。sp；标题为：*Eye Diagrams；输出报告文件：eyediag。lis。
②运行模拟，完成后检查输出报告文件后�
快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
温馨提示： 温看小说的同时发表评论，说出自己的看法和其它小伙伴们分享也不错哦！发表书评还可以获得积分和经验奖励，认真写原创书评 被采纳为精评可以获得大量金币、积分和经验奖励哦！