单击此处编辑母版标题样式电路仿真、快速仿真和数模混合仿真软件介绍浙江大学ICLAB实验室韩雁教授hany@zju.edu.cn2017年9月1/104单击此处编辑母版标题样式目录背景Spectre仿真Ultrasim快速仿真Spectre-Verilog数模混合仿真演示2/104单击此处编辑母版标题样式三大EDA软件公司EDA(ElectronicDesignAutomation)•Cadence•Synopsys(收购Avanti,Magma)•MentorGraphics3/104背景SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示单击此处编辑母版标题样式高精度电路仿真器•Spectre/SpectreRF(cadence)•Hspice/HspiceRF(avanti)•Ads(Agilent主要针对RF)•Eldo(MentorGraphics)•Saber(Synopsys)4/104背景SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示单击此处编辑母版标题样式各种仿真器简介•SPICE:由UCBerkeley开发,用于非线性DC分析,非线性瞬态分析和线性AC分析。•Hspice:作为业界标准的电路仿真工具,它自带了许多器件模型,包括小尺寸的MOSFET。Cadence提供了hspice的基本元件库,并提供了与Hspice的全面借口•Spectre:由Cadence开发的电路仿真器,在SPICE的基础上进行了改进,使得计算的速度更快,收敛性更好。5/104背景SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示单击此处编辑母版标题样式Cadence软件简介Cadence提供了一个大型的EDA软件包,它包括:•ASIC设计全定制IC设计工具Virtuoso、SchematicComposer电路仿真工具AnalogDesignEnvironment•PCB设计•FPGA设计6/104背景SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示单击此处编辑母版标题样式Cadence中的Spectre仿真步骤•启动Cadence•建立可进行Spectre仿真的单元文件•编辑可进行Spectre仿真的单元文件•仿真环境的设置(重点)•仿真结果的显示以及处理•分模块仿真(建立子模块)•仿真实例7/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式Cadence软件启动•创建启动软件的目录:mkdirfilename(任意名)•进入该目录:cdfilename•寻找cadence环境变量source/opt/demo/cdsmmsim7_cal11.env•启动软件:icfb&8/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式建立单元文件主窗口分为命令解释窗口(commandinterpreterwindow,CIW)、命令行以及主菜单。命令解释窗口会给出一些系统信息(如出错信息,程序运行情况等)。在命令行中可以输入某些命令。主菜单包括:•File菜单•Tools菜单•Options菜单9/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式File菜单•在File菜单下,主要的子菜单项有New、Open、Exit等•New菜单项的子菜单下有Library、Cellview两项。Library项打开NewLibrary窗口,CellView项打开CreateNewFile窗口。•Open菜单项打开相应的OpenFile窗口。•Exit项退出Cadence软件包10/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式Library,Cell以及View•Library(库)的地位相当于文件夹,它用来存放一整个设计的所有数据,包括子单元(cell)以及子单元中的多种视图(View)。新建时注意选择是否链接techfile。•Cell(单元)可以是一个简单的单元,如一个与非门,也可以是比较复杂的单元(由symbol搭建而成)。•View则包含多种类型,常用的有schemetic,symbol,layout,verilog,extracted等等,新建Cellview要注意选择View的类型。11/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式Tools菜单在Tools菜单下,比较常用的菜单项有:•LibraryManager•LibraryPathEditor•TechnologyFileManager第一项项打开的库管理器。在窗口的各部分中,分别显示的是library,Cell,View相应的内容。12/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式Tools子菜单LibraryPathEdirot可以对本用户的文件路径进行修改13/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景TechnologyFileManager基本上都是和工艺相关的功能和设置。比较常用的是EditLayres,可以在版图编辑时修改原始图层的一些属性。单击此处编辑母版标题样式Options菜单•Options菜单主要是对Cadence的一些参数进行调整和设置,如快捷键等。一般无需设置,直接使用默认设置即可。14/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式编辑单元文件选择主窗口File-Open-Openfile,打开相应的SchematicView,即进入了Composer-SchematicEditing窗口,如右图所示。15/104SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景工具栏介绍16/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景添加元器件点击工具栏上的“Instance”或者快捷键“i”17/104基本的理想元器件,如NMOSPMOS电阻电容电压源电流源等等都在analoglib库里。注意!View要选择symbol单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景常用analoglib库的元器件器件Cell名称pnp管pnp电阻res地gnd电容cap直流电压源vdc电感ind直流电流源idcNMOSnmos4方波发生源vpulsePMOSpmos4可编程方波发生源vpwlnpn管npn正弦波发生源vsin18/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景元器件symbol视图19/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景快捷键以及功能x:检查并存盘s:存盘[:缩小]:放大f:整图居中显示u:撤销上一次操作Esc:清楚刚键入的命令c:复制shift+N:添加标号g:查看错误w:连线(单线)20/104•m:移动•shift+m(M):移动器件但不移动连线•Delete:删除•i:添加元器件•p:添加端口•r:旋转器件并拖动连线•q:属性编辑•l(小写L):添加线名•shift+l(大写L):标注•N:添加几何图形•W:连线(总线)单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景附加功能快捷键:F321/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景仿真环境的设置(重点)Composer-schematic界面中的Tools-AnalogEnvironment项可以打开AnalogDesignEnvironment窗口,如下图所示。22/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景AnalogDesignSimulation菜单介绍23/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景工具栏介绍24/104单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景Analyses菜单25/104选择仿真类型。Spectre的分析有很多种,如右图所示,最基本的有:tran(瞬态分析)dc(直流分析)ac(交流分析)单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景tran(瞬态分析)26/104可选择三种仿真精度:•宽松的(liberal):仿真速度最快,但是精度最低,适合数字电路或者是变化速度较低的模拟电路。•适合的(moderate):仿真器默认的设置,精确度类似于用Spice2计算的仿真结果•保守的(conservative):具有最高的精度但速度最慢,适合较敏感的模拟电路单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景dc(直流分析)27/104dc(直流分析)可以在直流条件下Temperature、DesignVariable、ComponentParameter、ModelParameter进行扫描仿真。例如:对温度的扫描(测量温度系数),电路随电源电压变化曲线等。单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景ac(交流分析)28/104ac(交流分析)是分析电路性能随着运行频率变化而变化的仿真。即可以对频率进行扫描也可以在某个频率下进行对其它变量的扫描。单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景Variables菜单29/104Variables菜单包括Edit等菜单项。可以对变量进行添加、删除、查找、复制等操作。变量(Variables)既可以是电路中元器件的某一个参量,也可以是一个表达式。变量将在参量扫描(Parametricanlysis)时用到。单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景Tools菜单30/104Tools内包含了:参变量分析工艺角仿真蒙特卡洛仿真参数优化器计算器结果浏览器等非常实用的工具单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景参量分析菜单31/104Tools/ParametricAnalysis:它提供了一种很重要的分析方法——参量分析方法,即参量扫描,用户自定义的变量(variables)进行扫描,从而找出最合适的值。单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景结果浏览菜单32/104Tools/ResultsBrowser:提供了电路中各个元件的重要参数。比如DC仿真后,MOSFETS的实际Vth,gm等参数。单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景Outputs菜单33/104Outputs/Tobeplotted/selectedonschematicSchematic子菜单用来在电路图上选取要显示的波形(点击连线选取节点电压,点击元件端点选取节点电流)。SaveAll选项用来设置是否保存所有节点数据。在较大规模电路仿真时,应选取少量关键节点,以保证仿真成功单击此处编辑母版标题样式SpectreUltrasimSpectre-Verilog演示背景Output菜单(续)34/104Outputs/Setup:当我们需要输出比如带宽