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Designers-GuidetoSpiceandSpectre,1995,USADesigners-GuidetoSpiceandSpectre—KenKundert,19951.1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。②Simulator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，errorcontrol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。⇒是昀准确，可靠，昀通用的方法②Explicitintegrationmethods⇒方法问题很多③relaxitonmethods⇒方法问题很多3.SpiceOptions①GlobalOptions:Abstol：控制电流，默认为1pAVntol：控制电压，默认为1uVReltol：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10-6Gmin：防止非线性器件关断后的浮空节点，默认为10-12Ω-1Limpts，Pivrel，Pivtol：无用处②DCAnalysisOptions:ltl1：DC工作点昀大牛顿迭代次数，默认100ltl2：DCSweep昀大牛顿迭代次数，默认50ltl6：SourceStepping的昀大步长数增加以上3个值，可以增加DC牛顿迭代收敛，但是会降低速度。③TransientAnalysisOptions:()()()maxnnprednQtQtTrtolreltolQChgtolα−⋅⋅⋅+1Designers-GuidetoSpiceandSpectre,1995,USAChgtol：控制LTE，见上面式子ltl3：瞬态过程昀小牛顿迭代次数，默认为4ltl4：瞬态过程昀大牛顿迭代次数，默认为10ltl5：整个瞬态过程总的牛顿迭代次数的昀大值，默认为5000lvltim：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2Maxord：Gear的阶数，默认2，昀高6。建议不要使用高阶Gear方法。Method：可选择Trapezoidal和GearTmax：默认Tmax=(Tstop−Tstart)/50，同时Tmax不超过昀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.SpectreOptions①GlobalOptions: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10-12Ω-1Homotopy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是昀好的，所以这个选项不要动。iabstol，vabstol控制电压和电流，和spice一样。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。2Designers-GuidetoSpiceandSpectre,1995,USAPivotdc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，initialconditions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，initialconditions情况下，都要使用rforce进行偏置。②DCAnalysisOptions:Check检查器件的工作参数是否超出softlimits的范围，和opptcheck基本相同的作用spectre中的一个新概念，类似与tran中的initialconditon，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Initialconditon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Initialconditon中和device中设置的值强制限定节点电压和支路电流。force这里会有一个问题，当选择force=all的时候，Initialconditon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Initialconditon而采用device中设置的值。homotopyDC中的homotopy会覆盖Global中的homotopy，但作用是一样的。MaxitersDC分析中牛顿迭代的昀大次数，默认150，一般不需要改。MaxstepsDC分析中当采用homotopy时昀大步长数，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。3Designers-GuidetoSpiceandSpectre,1995,USA注：restart和prevoppoint（ac，xf，sp，stb，zp等），skipdc（tran）是不一样的。ac仿真中的prevoppoint=yes表示强制不进行初始dc工作点计算，直接采用前面某个仿真的昀后结果作为ac的初始工作点。tran仿真中的skipdc=yes表示强制不进行初始dc工作点计算，直接采用给定的initialcondition作为初始工作点，没有给定initialcondition的认为是0。而restart=yes，no只是影响牛顿迭代的初始起点的取法，spectre还是照样计算初始的dc工作点。writedc分析牛顿迭代的初始点存储（initialguess）writefinaldc分析牛顿迭代的昀终值存储（finalvalue）注：DC分析的write和writefinal的文件spectre.dic，spectre.dfc可以作为readns，readforce，readic使用。③TransientAnalysisOptionsCmin指定每个节点的昀小电容，默认值为0。但当出现收敛问题时候，可以把Cmin设为1fF左右，帮助收敛。Errpreset可以选择conservative，moderate，liberal。详细说明见后面。和dc中的force功能相似，用于tran中。有4个选项dc，node，dev，all，默认是all，这个和dc中的force默认是none是不一样的。Ic=dc求解dc的值作为Ic（也就是不采用用户设置的初始值）Ic=node采用Initialconditon中设置的值作为初始值Ic=dev采用device中设置的值作为初始值。比如说电容初始电压和电感初始电流。Ic=all同时采用Initialconditon中和device中设置的值作为初始值。Ic这里会有一个问题，当选择Ic=all（也就是默认状态）的时候，Initialconditon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Initialconditon而采用device中设置的值。（这个和dc中的force＝all是一样的）Iteratio和spice中的Trtol功能一样，控制LTE，默认值取决于errpreset。具体用法见后面。Maxiters瞬态分析牛顿迭代的昀大次数。对于一些连续性较差的电路（比如说含有宏模型），增加Maxiters可以增加收敛性。默认值为5，推荐值为50。Maxstep指定昀大步长。一般来说，要得到较好的精度，首先得减小reltol，然后指定maxstep。但是当具有谷底效应的时候（比如说osc的起振过程），reltol不能有效的控制步长，此时步长完全由maxstep决定，才能得到较好的结果。Method数值积分方法：euler，trap，traponly，gear2，gear2only，trapgear2Readic类似于dc分析中的readforce。采用文件的形式定义ic。可以手动定义，也4Designers-GuidetoSpiceandSpectre,1995,USA可以采用spectre仿真出的文件。Readns类似于dc分析中的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。Relref默认值由errpreset决定。从强到弱排为：pointlocal，alllocal，sigglobal，allglobalRestart默认是restart=yes，和dc中的用法一样Skipdc默认是no。具体用法见后面。如果需要使用skipdc，推荐用autodc。Step默认值由errpreset决定。主要用途是控制非状态变量信号的精度。writetran分析初始工作点的存储（这个和dc的write是不一样的）writefinaltran分析完成后昀终值存储（finalvalue）注：瞬态分析的write和writefinal的文件spectre.ic，spectre.fc可以作为readns，readforce，readic使用。5Designers-GuidetoSpiceandSpectre,1995,USA1.2DC分析1.DC解的个数和特性①电路的DC解可能不止一个②仿真器没法自动