hspice使用

Hspice电路仿真王雪强刘鸣刘萌萌清华大学微电子学研究所[e-mail]IC设计流程中的电路仿真Hspice网单的结构,语法.元件描述激励源描述器件模型描述控制输出描述IC设计流程中的电路仿真Hspice网单的结构,语法.元件描述激励源描述器件模型描述控制输出描述数字电路正向设计的典型流程1.功能定义2.行为设计3.逻辑级电路设计得到由基本逻辑单元组成的电路（数字电路）4.逻辑级仿真（迭代）5.选择合适的工艺库。把各基本功能单元映射至其上，或设计各单元晶体管级电路，得到电路级网表6.电路级仿真（迭代）验证各单元电路是否具有期望的功能，性能估计。7.版图设计与验证——DRC,LVS8.版图提取网表,后仿真（迭代）验证功能，估计性能。Hspice主要应用于电路级仿真、分析。可以辅助调整电路参数，得到功耗、延时等性能估计。IC设计流程中的电路仿真Hspice的输入网单结构元件描述激励源描述器件模型描述控制输出描述SpiceOverview•SPICE:SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis–DevelopedbyUCBerkeley•NumericalApproachtoCircuitSimulation–ForexampleDC,AC,transientanalysis•MustRelyonModelsofVariousCircuitElements–Simple(e.g.Resistor,Capacitor)–Complex(e.g.MOSFET)Hspice网单结构.titleoptionsAnalysisstatement.print/.plot/.graph/.probeSources(IorV)netlist.lib.modellibraries.end输入文件的标题设置模拟的条件设置扫描变量、设置分析模式设置输出结果的显示方式设置输入激励电路网表元件库元件模型描述结束语句例1(见RC_low_pass_filter.sp文件)：.titleacsweepexample.optionspostr1in15c110500pFv1in00ac=10V.acdec101100meg.printacv(1).end例2(inverter.sp)：.titleasimpleinverter.protect.lib'F:\resource\myhspice\l18u18v.lib'L18U18V_TT.unprotect.paramwp=0.72u,wn=0.36u,l=0.18u.optionsnomodvdcvddgnd1.8vvgsggnd1vmpdgvddvddP_18_G2wplmndggndgndN_18_G2wnl.op.dcvgs0.2v1.8v0.1v.printdcv(d)i1(mn)*.alter*.paramwp=1.44u,wn=0.36u,l=0.18u.end•.TITLE语句语法：.TITLEstringofupto72characters如果一个HSPICE语句出现在文件的首行，则它将被认为是标题而不被执行。•.END语句语法：.ENDcomment在.END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。网表：网表是描述电路元件和连接关系的部分，首先对电路的结点进行标记，不同结点起不同的名字。再说明各个元件的引脚连接到哪个结点及元件的类型和模型。一般格式为：器件的类型与名称器件所连接的节点参数值R1R2c1210v1例1：V11010AC1R1121KR2201KC120.001U例2:m1dgvddvddpmoswplm2dggndgndnmoswnl输入行格式•输入网表文件一般为.sp文件,不能是压缩格式；•文件名、语句、等式的长度不能超过256字符；•上标和下标将被忽略；•用加号（+）表示续行，+应该是新续之行的第一个非数字、非空格字符；•星号（*）和美圆符号（$）可以引出注释行，*必须是每行第一个字母，$跟在一个语句后，并与语句有至少一个空格；•常量–f飞，p皮，n纳，u微，m毫，k千，meg兆，g吉，例如c11210pF–单位可以省略，例如c11210p元件名–元件名以元件的关键字母开头电阻“R”，电容“C”，场效应管“M”……–子电路的名字以“X”开头–元件名不超过16个字符节点–节点名不超过16个字符，可以包括句号和扩展名–开始的零将被忽略–.GLOBAL语句定义跨越所有子电路的全局节点：语法：.GLOBALnode1node2node3…此时node1node2node3都是全局节点，例如电源和时钟名–节点0，GND，GND!，GROUND都指全局的地电位IC设计流程中的电路仿真Hspice的输入网单结构元件描述激励源描述器件模型描述控制输出描述无源器件–电阻：语法：Rxxxn1n2mnameR=resistanceAC=val例：Rxxx981AC=1e10直流电阻1欧姆，交流电阻为1e10欧姆–电容：语法：Cxxxn1n2mnameC=capacitance例：Cloaddriveroutput1.0e-6。–电感：语法：Lxxxn1n2L=inductance有源器件–二极管：语法：Dxxxnplusnminusmnameparams注：模型中的寄生电阻串联在正极端。–MOSFET:语法：Mxxxndngnsnbmnameparams或Mxxxndngnsnbmnamewidthlengthotheroptions...例如前面所列举的CMOS反相器网表：m1dgvddvddpmosw=wpl=lm2dggndgndnmosw=wnl=l或m1dgvddvddpmosw=0.72uml=0.18umm2dggndgndnmosw=0.36uml=0.18um子电路语句子电路定义开始语句语法：.SUBCKTSUBNAMnode1node2…其中，SUBNAM为子电路名，node1…为子电路外部节点号。子电路中的节点号（除接地点）、器件名、模型说明均是局部量，可以和外部的相同。例：.SUBCKTOPAMP1234子电路终止语句语法：.ENDSSUBNAM例：.ENDSOPAMP子电路调用语句(名称必须以关键字X为首字母)语法：X***node1node2…SUBNAM例：.Xopa1abccOPAMP子电路调用举例(inverter_chain.sp)下面是由前面举例的CMOS反相器组成的三级反相器链网表：.globalvddvdcvdd01.8V.subcktinvinoutwn=0.36uwp=0.72umnoutingndgndN_18_G2w=wnl=0.18umpoutinvddvddP_18_G2w=wpl=0.18u.endsx1in1invwn=0.36uwp=0.72ux212invwn=0.36uwp=0.72ux32outinvwn=0.36uwp=0.72uclout01pf……12outINIC设计流程中的电路仿真Hspice的输入网单结构元件描述激励源描述器件模型描述控制输出描述独立源（电压源－V，电流源－I）语法：Vxxx/Ixxxn+n-DC=dcvalAC=mag,phase例：直流模式V110DC=5V或V1105VI110DC=5mA或I1105mA交流模式V110AC=2V,90$幅度为2V，相位为90度交直流模式V1100.5VAC=10V,90$直流分量是0.5V或语法：Vxxx/Ixxxn+n-tranfuntranfun：PULSE(脉冲),PWL(分段线性),EXP(指数)…脉冲电压源语法：Vxxxn+n-PULSE(v1v2tdtrtfpwper)V1值1V2值2td延迟时间tr上升时间tf下降时间pw脉冲宽度per周期例：vinggndpulse(01.8v10n2n2n50n100n)正弦电压源语法：Vxxxn+n-SIN(vovafreqtdqf)vo失调值va幅度freq频率td延迟时间q阻尼因子f相位Time=0~tdvo+va·sin(2pf/360）Time=td~endvo+va·sin{2p[freq(Time-td)+f/360]}·exp[-q(Time-td)]得到的波形：例：VIN30SIN(01100MEG2NS5e7)线性电压源(pwl_source.sp)语法：Vxxxn+n-pwl(t1v1t2v2…R=repeatTD=delay)注：vi是ti时刻的值，repeat是开始重复的起始点，delay是延迟时间。例：vinin0pwl(0ns0v2ns1.8v6ns1.8v8ns0v9ns0vRtd=4ns)IC设计流程中的电路仿真Hspice的输入网单结构元件描述激励源描述器件模型描述控制输出描述模型描述模型描述语句列出了一系列元件的类型，并给出了各类型元器件的有关参数，对于不同类型的元件，参数的集合有不同的内容。一个模型对应于一类元件，不同的元件可以对应同一模型，其中各元件间的参数值可能不同，但参数集是一样的，一般值相同的参数的值在模型说明中给出。模型描述语句是一条条.MODEL引导的模型说明语句。每个模型有一个名字。数字电路中最常用到的是MOS管模型MOS管的模型设置语句.MODEL模型名PMOSLEVEL=valparameters.MODEL模型名NMOSLEVEL=valparametersLEVEL=1常用于数字电路，精度低、速度快LEVEL=2考虑了衬底电荷对电流的影响LEVEL=49模拟电路，精度高、速度慢MOS管描述语句(此讲义仿真用的工艺库为例).protect.lib'F:\myhspice\l18u18v.122.lib’L18U18V_TT.unprotectM1dgvddvddN_18_G2wplM2dggndgndP_18_G2wpl例：0.18umCMOS工艺MOS管SPICE模型(见上传的l18u18v.122.lib文件)：•.LIBL18U18V_TT•.OPTIONSGMINDC=1E-13•***•.MODELN_18_G2NMOS•+LEVEL=49•+LMIN=1.8E-7LMAX=5.0E-5WMIN=2.4E-7•+WMAX=1.0E-4TNOM=27.0VERSION=3.1•+TOX=4.20000E-09XJ=1.6000000E-07NCH=3.5604000E+17•+LLN=0.4744422LWN=1.0000000WLN=1.0000000•+WWN=1.0395309LINT=3.240610E-08LL=-1.9233681E-11•+LW=-5.0000000E-21LWL=1.4275000E-18WINT=1.9980000E-08•+WL=-5.0000000E-21WW=-2.1204030E-15WWL=-2.4150000E-22•+MOBMOD=1DWG=-5.3200000E-09DWB=7.7019000E-09•+VTH0=0.3155591K1=0.4181468K2=-2.5054600E-02•+K3=-0.8650800DVT0=1.1079000DVT1=0.4816967•+DVT2=-4.0100000E-02DVT0W=0.1961720DVT1W=3.6750000E+05•+DVT2W=-8.0665500E-02NLX=2.7241546E-07W0=1.0000000E-20•+K3B=1.1550000•+VSAT=1.0137400E+05UA=-1.1684023E-09UB=2.5709233E-18•+UC=8.3571000E-