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一、HSPICE基础知识Avant! Start-Hspice（现在属于Synopsys公司）是IC设计中最常使用的电路仿真工具，是目前业界使用最为广泛的IC设计工具，甚至可以说是事实上的标准。
目前，一般书籍都采用Level 2的MOS Model进行计算和估算，与Foundry 经常提供的Level 49和Mos 9、EKV等Library不同，而以上Model要比Level 2的Model复杂的多，因此Designer除利用Level 2的Model进行电路的估算以外，还一定要使用电路仿真软件Hspice、Spectre等进行仿真，以便得到精确的结果。
本文将从最基本的设计和使用开始，逐步带领读者熟悉Hspice的使用，并对仿真结果加以讨论，并以一个运算放大器为例，以便建立IC设计的基本概念。
在文章的最后还将对Hspice的收敛性做深入细致的讨论。
Hspice输入网表文件为.sp文件，模型和库文件为.inc和.lib，Hspice输出文件有运行状态文件.st0、输出列表文件.lis、瞬态分析文件.tr#、直流分析文件.sw#、交流分析文件.ac#、测量输出文件.m*#等。
其中，所有的分析数据文件均可作为AvanWaves的输入文件用来显示波形。
表1 Hspice所使用的单位独立电压和电流源包括：1. 直流源（DC）：电压源Vxxx n+ n- dcval电流源 Ixxx n+ n- dcval2. 交流源（AC）：Vxxx n+ n- AC=acmag,acphase3. 瞬态源（随时间变化）：脉冲源：pulse v1 v2 td tr tf pw per线性源：pwl t1 v1 <t2 v2 t3 v3…>正弦源：sin vo va freq td damping phasedelay4. 混合源：可以包括以上所有的形式，如：VIN 13 2 0.001 AC 1 SIN(0 1 1Meg)二、输入网表文件TITLE.INCLUDE.LIB MACRO元件描述信号源描述分析命令测量命令.ALTER.END图1 输入网表（Netlist）文件标准格式二、有源器件和分析类型有源器件包括二极管（D）、MOS管（M）、BJT管（Q）、JFET和MESFET （J）、子电路(X)和宏、Behavioral器件（E,G）、传输线（T,U,W）等。
HSPICE 使用流程HPICE软件主要用于模拟电路的仿真。
模拟电路仿真工具是以电路理论、数值计算方法和计算机技术为基础实现的，由于模拟电路在性能上的复杂性和电路结构上的多样性，对仿真工具的精度、可靠性、收敛性以及速度等都有相当高的要求。
HSPICE程序由于收敛性好，适于做系统及电路仿真，又有工作站版和微机版本，在国内外的用户十分广泛。
一、HSPICE可模拟的内容1.直流分析：包括非线性电路的直流分析①电路的直流工作点：分析时电路中的电感全部短路，电容全部开路，得到电路的每一节点的电流和电压（相对参考点）值。
②直流小信号传输值：传输函数的直流小信号值为直流小信号工作下的输出变量和输入变量之比值，包括电路的输入电阻和输出电阻。
③直流转移曲线：HSPICE可在用户指定的范围内，逐步改变指定的独立电压或电流源，对每一个电源值的变化，都得到储存的输出变量。
④灵敏度分析：求出指定输出变量对于电路参数（包括电路中所有的元件，器件参数，直流电源的输入电平）的直流小信号灵敏度。
2.交流小信号分析：将交流输出变量作为频率的函数计算出来。
先计算电路的直流工作点，决定电路中所有非线性器件的线性化小信号模型参数，然后在用户所指定的频率范围内对该线性化电路进行分析。
①频域分析：在用户规定的频率范围内完成电路的交流分析。
②噪声分析：HSPICE可计算每个频率点上总的输出噪声电平及其等效输入噪声电平。
③失真分析：计算电路交流小信号工作下电路的失真特性，分析时是在输入端加有一个或两个频率的信号，在用户给定的输出负载电阻时，求出在该负载上的输出失真功率。
3.瞬态分析①瞬态响应：是从时间为零开始，到用户规定的时间范围内进行电路的瞬态特性分析。
②傅立叶分析：可以对输出波形进行傅立叶分析，得到在用户指定的基频及时间间隔范围的傅立叶系数。
4.电路的温度特性分析：HSPICE在用户未说明时，是在27℃的标称温度下进行各种模拟的。
当用户指定电路在什么温度下工作时，HSPICE也能进行不同温度下的电路特性分析，在温度低于-273℃时不予模拟。
Hspice应用讲解Hspice是一种通用电路分析程序，可用来进行集成电路和电子线路的分析模拟。
它可以用来分析电路的非线性直流特性，线性交流小信号特性，非线性瞬态特性，温度特性等。
其中，直流分析（.DC）不光可进行直流转移特性分析，还可进行直流工作点（.OP），直流小信号传输特性（.TF），直流小信号灵敏度（.SENS）分析；在进行交流分析（.AC）的同时还可进行噪声特性（.NOISE）和失真特性（.DISTO）分析；在进行瞬态分析（.TRAN）的同时还可进行傅立叶（.FOUR）分析；进行温度特性分析（.TEMP）以求得电路的温度特性。
在进行交流分析和瞬态分析前先进行直流分析，以决定其非线性元件的线性化小信号模型和其初始条件。
Hspice输入描述文件格式：Hspice的输入描述文件格式是一种自由格式，其输Array入的第一条语句必须是标题语句，且不能省略；最后一条语句必须是结束语句（.END），其余语句的顺序是任意的。
在输入描述文件的任何地方都可插入注释语句（在语句前加“*”或“$”），程序只对注释语句进行原样打印而不进行任何处理。
元件语句是说明该元件的拓扑关系和元件值的。
每个元件给予一个元件名，元件名的第一个字母说明该元件的类型，Hspice并对各种类型的元件所对应的英文字母作了规定，元件名不能重复。
元件的节点号可以用一正整数表示，也可以用网点名表示。
模型语句是说明该元件的模型参数的。
在模型语句中定义一组元件模型参数并赋予一个唯一的模型名，在元件语句中即可引用此模型名，表明此元件具有该组模型参数值。
子电路是用一组元件语句来定义，程序会自动将这组元件插入到子电路被调用的地方，其大小和复杂性没有限制，并允许其包含其他子电路。
在电路中不能包括短路的电压源和电感，开路的电流源和电容，电路中的每个节点都不能悬空。
控制语句是控制程序的运行和规定分析及输出的内容。
如温度语句，工作点分析语句，交流分析语句，瞬态分析语句，打印语句，绘图语句和可选项语句等。
Hspice（中⽂实⽤版）第⼀章概论§1.1 HSPICE简介随着微电⼦技术的迅速发展以及集成电路规模不断提⾼，对电路性能的设计要求越来越严格，这势必对⽤于⼤规模集成电路设计的EDA⼯具提出越来越⾼的要求。
⾃1972年美国加利福尼亚⼤学柏克莱分校电机⼯程和计算机科学系开发的⽤于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE （Simulation Program with ICEmphasis）诞⽣以来，为适应现代微电⼦⼯业的发展，各种⽤于集成电路设计的电路模拟分析⼯具不断涌现。
HSPICE是MetaSoftware公司为集成电路设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析⽽开发的⼀个商业化通⽤电路模拟程序，它在柏克莱的SPICE（1972年推出），MicroSim公司的PSPICE（1984年推出）以及其它电路分析软件的基础上，⼜加⼊了⼀些新的功能，经过不断的改进，⽬前已被许多公司、⼤学和研究开发机构⼴泛应⽤。
HSPICE可与许多主要的EDA设计⼯具，诸如Candence,Workview等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。
采⽤HSPICE软件可以在直流到⾼于100MHz的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。
在实际应⽤中，HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计⽅案，并且应⽤HSPICE进⾏电路模拟时，其电路规模仅取决于⽤户计算机的实际存储器容量。
§1.2 HSPICE的特点与结构HSPICE除了具备绝⼤多数SPICE特性外，还具有许多新的特点，主要有：优越的收敛性精确的模型参数，包括许多Foundry模型参数层次式节点命名和参考基于模型和库单元的电路优化，逐项或同时进⾏AC，DC和瞬态分析中的优化具备蒙特卡罗（Monte Carlo）和最坏情况（worst-case）分析对于参数化单元的输⼊、出和⾏为代数化具备较⾼级逻辑模拟标准库的单元特性描述⼯具对于PCB、多芯⽚系统、封装以及IC技术中连线间的⼏何损耗加以模拟在HSPICE中电路的分析类型及其内部建模情况如图1.2.1和图1.2.2所⽰：图1.2.1HSPICE的电路分析类型图1.2.2 HSPICE的内部建模技术集成电路设计中的分析和验证是⼀种典型的围绕⼀系列结构的试验和数据管理。
HSPICE介绍1、为什么要使用Hspice进行电路仿真Avant! Star_Hspice（Synopsys公司）是IC设计中最长用的仿真工具，是目前业界使用最为广泛的IC设计工具，甚至可以说是事实上的标准。
目前，一般的书籍中都采用比较简单的MODEL对MOS电路进行计算和估算。
而工艺厂商提供的MODEL往往要高级的多、复杂的多。
因此设计者除了利用书本上的公式对电路进行估算外，还需要使用更高级的MODEL对电路进行精确的仿真，这就有赖于仿真工具的使用，如Hspice，Spectre。
2、Hspice仿真的流程v1.0 可编辑可修改3、Hspice所使用的单位（不区分大小写）4、输入文件格式（ /.sp）5、电路元器件在Hspice文件中的表示方法在器件名字前面加上前缀字符，即可被Hspice程序识别，如：MOS器件前缀为：MBJT器件前缀为：QDiode器件前缀为：D子电路的前缀为：X电阻、电容、电感的前缀分别为R、C、L下面表示一个器件名为M1的MOS管MM1 ND NG NS NB MNAME L=VAL W=VAL M=VAL下面表示一个器件名为C1的电容CC1 net1 net2 1pf定义字电路的语句如下：.SUBCKT SUBNAM（子电路的名字） 1 2 3 4（字电路外部节点）例子：.SUBCKT OPAMP 1 2 3 4(描述电路结构).ENDS OPAMP调用子电路时，使用X前缀加实例名，将SUBCKT实例化，如：.XOPAMP1 1 2 3 4 OPAMP6、信号源描述（激励描述）：电压源－V，电流源－IVxxx/Ixxx n+ n- <<DC=> dcval> <AC=acmag, <acphase>>+ <M=val>直流：V1 1 0 DC=5V 或 V1 1 0 5VI1 1 0 DC=5mA 或I1 1 0 5mA交流模式：V1 1 0 AC=10V,90 幅度为10v，相位为90度交直流模式：V1 1 0 AC=10V,90 直流分量是Vxxx/ Iyyy n+ n- <tranfun>+ <M=val>tranfun：EXP, PULSE, PWL…。
第一章概论§1.1 HSPICE简介随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高，对电路性能的设计要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的EDA工具提出越来越高的要求。
自1972年美国加利福尼亚大学柏克莱分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）诞生以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的电路模拟分析工具不断涌现。
HSPICE是Meta-Software公司为集成电路设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的一个商业化通用电路模拟程序，它在柏克莱的SPICE（1972年推出），MicroSim公司的PSPICE （1984年推出）以及其它电路分析软件的基础上，又加入了一些新的功能，经过不断的改进，目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。
HSPICE可与许多主要的EDA设计工具，诸如Candence,Workview等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。
采用HSPICE软件可以在直流到高于100MHz的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。
在实际应用中，HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时，其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。
§1.2 HSPICE的特点与结构HSPICE除了具备绝大多数SPICE特性外，还具有许多新的特点，主要有：!优越的收敛性!精确的模型参数，包括许多Foundry模型参数!层次式节点命名和参考!基于模型和库单元的电路优化，逐项或同时进行AC，DC和瞬态分析中的优化!具备蒙特卡罗（Monte Carlo）和最坏情况（worst-case）分析!对于参数化单元的输入、出和行为代数化!具备较高级逻辑模拟标准库的单元特性描述工具!对于PCB、多芯片系统、封装以及IC技术中连线间的几何损耗加以模拟在HSPICE中电路的分析类型及其内部建模情况如图1.2.1和图1.2.2所示：图1.2.1HSPICE的电路分析类型图1.2.2 HSPICE的内部建模技术集成电路设计中的分析和验证是一种典型的围绕一系列结构的试验和数据管理。
第一章概论§1.1 HSPICE简介随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高，对电路性能的设计要求越来越严格，这势必对用于大规模集成电路设计的EDA工具提出越来越高的要求。
自1972年美国加利福尼亚大学柏克莱分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE（Simulation Program with IC Emphasis）诞生以来，为适应现代微电子工业的发展，各种用于集成电路设计的电路模拟分析工具不断涌现。
HSPICE是Meta-Software公司为集成电路设计中的稳态分析，瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的一个商业化通用电路模拟程序，它在柏克莱的SPICE（1972年推出），MicroSim公司的PSPICE （1984年推出）以及其它电路分析软件的基础上，又加入了一些新的功能，经过不断的改进，目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。
HSPICE可与许多主要的EDA设计工具，诸如Candence,Workview等兼容，能提供许多重要的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。
采用HSPICE软件可以在直流到高于100MHz的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。
在实际应用中，HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案，并且应用HSPICE进行电路模拟时，其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。
§1.2 HSPICE的特点与结构HSPICE除了具备绝大多数SPICE特性外，还具有许多新的特点，主要有：!优越的收敛性!精确的模型参数，包括许多Foundry模型参数!层次式节点命名和参考!基于模型和库单元的电路优化，逐项或同时进行AC，DC和瞬态分析中的优化!具备蒙特卡罗（Monte Carlo）和最坏情况（worst-case）分析!对于参数化单元的输入、出和行为代数化!具备较高级逻辑模拟标准库的单元特性描述工具!对于PCB、多芯片系统、封装以及IC技术中连线间的几何损耗加以模拟在HSPICE中电路的分析类型及其内部建模情况如图1.2.1和图1.2.2所示：图1.2.1HSPICE的电路分析类型图1.2.2 HSPICE的内部建模技术集成电路设计中的分析和验证是一种典型的围绕一系列结构的试验和数据管理。
Hspice应用讲解Hspice是一种通用电路分析程序，可用来进行集成电路和电子线路的分析模拟。
它可以用来分析电路的非线性直流特性，线性交流小信号特性，非线性瞬态特性，温度特性等。
其中，直流分析（.DC）不光可进行直流转移特性分析，还可进行直流工作点（.OP），直流小信号传输特性（.TF），直流小信号灵敏度（.SENS）分析；在进行交流分析（.AC）的同时还可进行噪声特性（.NOISE）和失真特性（.DISTO）分析；在进行瞬态分析（.TRAN）的同时还可进行傅立叶（.FOUR）分析；进行温度特性分析（.TEMP）以求得电路的温度特性。
在进行交流分析和瞬态分析前先进行直流分析，以决定其非线性组件的线性化小信号模型和其初始条件。
Hspice输入描述文件格式：Hspice的输入描述文件格式是一种自由格式，其输Array入的第一条语句必须是标题语句，且不能省略；最后一条语句必须是结束语句（.END），其余语句的顺序是任意的。
在输入描述文件的任何地方都可插入注释语句（在语句前加“*”或“$”），程序只对注释语句进行原样打印而不进行任何处理。
组件语句是说明该组件的拓扑关系和组件值的。
每个组件给予一个组件名，组件名的第一个字母说明该组件的类型，Hspice并对各种类型的组件所对应的英文字母作了规定，组件名不能重复。
组件的节点号可以用一正整数表示，也可以用网点名表示。
模型语句是说明该组件的模型参数的。
在模型语句中定义一组组件模型参数并赋予一个唯一的模型名，在组件语句中即可引用此模型名，表明此组件具有该组模型参数值。
子电路是用一组组件语句来定义，程序会自动将这组组件插入到子电路被调用的地方，其大小和复杂性没有限制，并允许其包含其它子电路。
在电路中不能包括短路的电压源和电感，开路的电流源和电容，电路中的每个节点都不能悬空。
控制语句是控制程序的运行和规定分析及输出的内容。
如温度语句，工作点分析语句，交流分析语句，瞬态分析语句，打印语句，绘图语句和可选项语句等。
