Spice基本语法20140709

湖北九同方微电子Spice语法SchoolofOpticalandElectronicInformation,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan李聪（Claire）[e-mail]2014.07.08主要内容•Spice简介•Spice网表的语法详解网表基本结构基本词法基本单位器件定义器件模型分析类型描述语句控制语句和Options语句输出格式描述语句•实例演示Spice简介Spice简介SPICE：SimulationProgramforIntegratedCircuitsEmphasis•Spice是一种功能强大的通用模拟电路仿真器，已经具有几十年的历史了，该程序主要用于集成电路的电路分析程序中，Spice的网表格式变成了通常模拟电路和晶体管级电路描述的标准，其第一版本于1972年完成，是用Fortran语言写成的，1975年推出正式实用化版本，1988年被定为美国国家工业标准，主要用于IC，模拟电路，数模混合电路，电源电路等电子系统的设计和仿真。•Spice是最为普遍的电路级模拟程序，各软件厂家提供了Vspice、Hspice(Synopsys)、Pspice(Cadence)等不同版spice软件，其仿真核心大同小异，都是采用了由UCBerkeley大学开发的spice模拟算法。Spice功能•电路级和行为级仿真•直流特性分析、灵敏度分析•交流特性分析、瞬态分析•噪声分析、温度特性分析•傅立叶分析•电路优化（优化元件参数）•MonteCarlo,最坏情况，参数扫描，数据表扫描•功耗、各种电路参数（如H参数、T参数、s参数）等可扩展性能分析Spice功能•在用Spice进行电路仿真之前，应：–了解元件的基本特性–熟悉所设计的电路功能–了解需要验证的电路指标和对应的模拟种类、电路状态–了解电路的输入信号特性–了解电路各项指标的相依性及优先度–了解电路结构、元件参数与各项电路特性的相关性，以便于模拟结果的改进Spice设计流程后处理SchematicNetlisterSPICENetlistSPICESimulationAnalysisWaveDataParameterChangesMetaLibCDFSymbolLibrary前端功能反标注Spice语法Spice网表语法详解R11KR21KC10.001uF10V110VDC1VAC2•RC网络AC分析网表基本结构例子：ASimpleRCnetworkcircuit*titleASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.ENDR11KR21KC10.001uF10V110VDC1VAC2网表基本结构例子：ASimpleRCnetworkcircuit*titleASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.ENDR11KR21KC10.001uF10V110VDC1VAC2设置仿真分析类型电路网表描述标题行，*注释设计模拟的可选条件设置输出结果显示设置输入激励结束语句网表基本结构*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默认为文件的第一行注：网表里面不区分大小写基本词法1.不区分大小写（caseinsensitive）2.标题行——第一行3.注释：*or$4.续接符：+5.非线性器件要用.MODELstatement6.0,GND,GND!,GROUND表示全局地7.不要有悬空节点、不能重复定义节点8.Outputvariables：（后面会有详细的讲解）两点间的电压：v(n1,n2)节点到地电压:v(n1)独立电流源:i(vin)9.Tab键、空格、逗号、等号、括号都是分隔符，元件属性由冒号分隔（M1：beta），级别由句号指示（X1.A1.V）10.文件名、语句、等式的长度不能超过256字符11.表示数量的词尾:默认是国际单位，详细单位见下表。基本单位F（f）1.00E-15P（p）1.00E-12N（n）1.00E-09U（u）1.00E-06M（m）1.00E-03K（k）1.00E+03Meg（meg）1.00E+06G（g）1.00E+09T（t）1.00E+12DB（db）20log10注：关键不要搞错M和MEG！器件定义•无源器件：电阻、电感、电容1、电阻RXXXn1n2mnameR=resistanceAC=val电阻值可以是表达式。例：R11210KRac981AC=1e10RterminputgndR=’sqrt(HERTZ)’2、电容CXXXn1n2mnameC=capacitance例：C1121pF3、电感LXXXn1n2L=inductance例：L1121nH器件定义•有源器件：Diode、BJT、JEFET、MOSFET1、Diode（二极管）DXXXN+N-MNAMEAREAOFFIC=VD可选项：AREA是面积因子，OFF是直流分析所加的初始条件，IC=VD是瞬态初始条件注：模型中的寄生电阻串联在正极端2、BJT（双极性晶体管）QXXXNCNBNENSMNAMEAREAOFFIC=VBE,VCENC、NB、NE、NS分别是集电极、基极、发射极和衬底节点，缺省时NS接地。后面与二极管相同。3、JFET（结型场效应晶体管）JXXXNDNGNSMNAMEAREAOFFIC=VDS,VGS器件定义4、MOSFET（MOS场效应晶体管）MXXXNDNGNSNBMNAMEL=VALW=VALOtheroptionsM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，W为沟道宽。例：下面是一个CMOS反相器网表：……M2outin00NMOSW=20uL=1uM1outinvccvccPMOSW=20uL=1u……CLOAD0.75pF0VINVCCVCCOUTINM1W/L=20u/1uM2W/L=20u/1u器件定义•子电路1、子电路定义开始语句.SUBCKTSUBNAMnode1node2…其中，SUBNAM为子电路名，node1…为子电路外部节点号，不能为零。子电路中的节点号（除接地点），器件名，模型的说明均是局部量，可以和外部的相同。例：.SUBCKTOPAMP12342、子电路终止语句.ENDSSUBNAM若后有子电路名，表示该子电路定义结束；若没有，表示所有子电路定义结束。例：.ENDSOPAMP/.ENDS器件定义3、子电路调用语句X*****node1node2…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，再后面是子电路名。例：„„.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u.ENDSX1IN1INVWN=1.2UWP=3UX212INVWN=1.2UWP=3UX32OUTINVWN=1.2UWP=3U„„12outIN器件定义•激励源：独力源和受控源独立源直流源（DCSources）交流小信号源（ACSources）瞬态源（TransientSources）脉冲源指数源正弦源分段线性源受控源电压控制电压源（VCVS）电流控制电压源（CCVS）电压控制电流源（VCCS）电流控制电流源（CCCS）器件定义•独立源1、直流源（DCSources）VXXXN+N-DCVALUEIXXXN+N-DCVALUE例：V110DC=5VI110DC=5mA2、交流小信号源（ACSources）VXXXN+N-ACACMAGACPHASEIXXXN+N-ACACMAGACPHASE其中，ACMAG和ACPHASE分别表示交流小信号源的幅度和相位。例：V110DC=5VAC1V器件定义3、瞬态源（TransientSources）脉冲源（又称周期源，PULSESources）VXXXN+N-PULSE(V1V2TDTRTFPWPER)其中，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脉冲周期。例：Vin10PULSE(0V5V10ns10ns10ns40ns100ns)器件定义分段线性源（PWLSources）VXXXN+N-PWL(T1V1T2V2T3V3„)R=repeatTD=delay$R=repeat_from_what_timeTD=time_delay_before_PWL_start其中,Vi是Ti时刻的值，repeat是开始重复的起始点，delay是延迟时间例：V110PWL60n0V,120n0V,130n5V,170n5V,180ns0V,R0V220PWL60n0V,120n0V,130n5V,170n5V,180ns0V,R60n器件定义正弦源（SineSources）VXXXN+N-SIN(V0VAFREQTDTHETAPHASE)其中,VO偏置，VA幅度，TD延时，THETA阻尼因子，PHASE相位得到的波形为：例：VIN30SIN(0V1V100MEG2NS5e7)器件定义指数源（EXPSources）VXXXN+N-EXP(V1V2TD1TAU1TD2TAU2)V1是初始值，V2是峰值，TD1是上升延迟时间，TAU1是上升时间常数，TD2是下降延迟时间，TAU2是下降时间常数。例：VIN30EXP(-4-15N30N40N80N)器件定义•受控源1、电压控制电压源（VCVS）EXXXN+N-NC+NC-（VlotageGainValue）例：EOPA34121E6EBUF20101.02、电压控制电流源（VCCS）GXXXN+N-NC+NC-（VlotageGainValue）3、电流控制电压源（CCVS）HXXXN+N-NC+NC-（VlotageGainValue）4、电流控制电流源（CCCS）FXXXN+N-NC+NC-（VlotageGainValue）R11KN+N-VCVSNC+NC-器件模型元器件需要模型语句来定义其参数值。模型语句不同于元器件定义描述语句，它是以“.”开头的语句，由关键字.MODEL，模型名称，模型类型和一组参数组成。无源器件：定义模型参数即可电阻模型.MODEL模型名Rkeyword=valueNOISE，RX:热噪声参数，inr＝SQRT(NOISE·4KT/R)噪声＝电容模型.MODEL模型名Cparameter=value电感模型.MODEL模型名Lparameter=value22RXinr器件模型有源器件：说明都有一个LEVEL参数，不同LEVEL精度不同二极管模型.MODEL模型名DLEVEL=valkeyword=val...电阻、电容、电流参数例：.MODELDD(CO=2PF,RS=1,IS=1P).MODELDFOWLERD(LEVEL=2,TOX=100,JF=1E-10,EF=1E8).MODELDGEOD(LEVEL=3,JS=1E-4,JSW=1E-8).modelnd+level=1js=1.52e-06jsw=1.59e-11n=1.075