第十讲HSPICE教学文稿

hspice仿真整理教程文件h s p i c e仿真整理§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§电路优化（优化元件参数）§温度特性分析§噪声分析例(Hspice netlist for the RC network circuit)：.title A SIMPLE AC RUN.OPTIONS LIST NODE POST.OP.AC DEC 10 1K 1MEG.PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1)V1 1 0 10 AC 1R1 1 2 1KR2 2 0 1KC1 2 0 .001U.END输出文件：一系列文本文件*.ic ：initial conditions for the circuit*.lis ：text simulation output listing*.mt0,*.mt1… ：post-processor output for MEASURE statements*.pa0 ：subcircuit path table*.st0 ：run-time statistics*.tr0 ,*.tr1…：post-processor output for transient analysis*.ac0,*.ac1…: post-processor output for AC analysis.TITLE 语句.TITLE或者：如果是第二种形式，字符串应该是输入文件的首行；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 语句形式： .END在 .END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。

分隔符包括：tab键，空格，逗号，等号，括号元件的属性由冒号分隔，例如 M1:beta级别由句号指示，例如 X1.A1.B 表示电路X1的子电路A1的节点B常量M－毫，p－皮，n－纳，u－微，MEG－兆,例如c1 1 2 10pF；单位可以省略，例如c1 1 2 10p元件名元件名以元件的关键字母开头:电阻－R，电容-C……子电路的名字以“X”开头元件名不超过16个字符节点节点名长度不超过16个字符，可以包括句号和扩展名开始的零将被忽略：节点名可以用下列符号开始：# _ ! %节点可以通过.GLOBAL语句定义成跨越所有子电路的全局节点：.GLOBAL node1 node2 node3 …node1 node2 node3都是全局节点，例如电源和时钟名节点0，GND, GND!, GROUND 都指全局的地电位节点元件语句：器件的类型+名称器件所连接的节点参数值无源器件：电阻：Rxxx n1 n2 resistance电阻值可以是表达式。

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。

Hspice的分析特点和分析功能Hspice可以利用HSPICE模型、IBIS模型进行传输线损耗分析、串扰、反射和接插件串扰和损耗分析,同时对模拟电路进行AC、DC分析、余度分析、蒙特卡洛分析等Hspice的分析功能强、精度高，分析速度慢、网表编写麻烦文件头仿真参数控制SPICE模型调用定义传输线和传输线提取.title : 标题仿真程序默认网表的第一行为标题行，.title可以不要，直接描述网表的内容及日期、设计者、公司等信息第一行不能包含任何的控制信息及电路信息，负责程序会按照标题行处理，造成信息缺失文件输入HSPICE的文件输入格式为.SP的网表，此网表必须符合HSPICE所要求的语法结构文件输出.PRINT.PROBEResistorsR_name node1 node2 value<<TC1=>VAL> <<TC2=>VAL><<AC=>VAL>例如：R1 12 17 1K TC1=0.01 TC2=0.0 AC=1E10CapacitorsC_name node1 node2 value例如：C2 EXT1 0 1UCCOTU OUT1 GND 0.01PFInductorsL_name node1 node2 value例如：L23 ACC PWR 10NTransmission linesTransmission linesTransmission lines损耗传输线的参数Microsoft Word文档Voltage sourcesVxx n1 n2 <<DC=>dcval><tranfun><AC=acmag, +<acphase>>例如：Vout txd0 dc=2 ac=1,90PulseVxxx n+ n-Pulse(v1 v2 td tr tf pw per)例如：.title (test of pulse).option post $控制语句.tran.5ns 75ns.Vpulse1 0 pulse(v1 v2 td tr tf pw per)r1 1 0 1k.param v1=2,v2=0 ,td=2ns,tf=2ns,pw=10ns,+per=30ns.endERROR: ioerror OFFENDING COMMAND: image STACK:。

摘要镜像电流源是一种可以提供稳定电流的电源器件。

主要用于有源负载，也可以利用其对电路中的工作点进展偏置，以使电路中的各个晶体管有稳定、正确的工作点。

在理想状态下其工作电流大小不会受到外接负载的阻抗大小的影响。

也不会受到周围环境温度、压力、湿度等条件影响。

但实际电流源会受到一些因素影响而造成非理想。

为了研究电流源特性，我们利用Hspice对威尔森电流镜进展仿真讨论其特性，并仿真改良型电路得出结论。

Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research公司开发的基于Windows平台的用于集成电路设计的工具软件。

根据异或门电路的设计及指标要求，设计电路构造及整体原理图，然后利用Tspice对其进展功能仿真，最后完成幅员设计。

本局部将完成设计标准文档、原理图输入、功能仿真任务、单元幅员、整体幅员、物理验证等。

关键词：Hspice；Tanner；目录引言 (1)第一局部 HSPICE仿真 (2)1 威尔森电流镜 (2)设计原理 (2)1.2 电路图 (2)1.3 程序代码 (3)1.4 仿真结果 (4)2 修整型威尔森电流镜 (6)2.1 设计原理 (6)2.2 电路图 (7)2.3 程序代码 (7)2.4 仿真结果 (9)第二局部幅员设计 (13)3 由门电路构成的两输入异或门幅员设计 (13)3.1 原理图输入 (13)3.2 电路仿真 (14)3.3 幅员设计 (16)3.4 LVS (20)总结 (22)参考文献 (23)引言我们处在信息时代，我们生活时时刻刻都离不开集成芯片，微电子器件与集成电路被广泛地应用于各行各业，而今产业开展的根底性支撑依靠的是设计和制造，从某种方面也决定了一个国家的现代化开展程度。

SPICE〔Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis〕是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代全球应用最广的电路设计软件，并于1998年被定为美国国家标准。

HSPICE 简明教程udan专用集成电路与系统国家重点实验室RFIC宫志超 1.0 2007.4.7 本文档内容以常用HSPICE指令为主，主要目的为便于学习与查询，详细了解请参阅参考文献版权所有，不得侵犯！传播与修改请保留版权信息。

目录第一章概述 (5)§1.1 HSPICE简介 (5)§1.2 常数 (5)§1.3 输入输出文件及后缀 (5)§1.4 一个简单例子 (6)§1.5 符号说明 (7)第二章仿真输入及控制的设置 (8)§2.1 输入网表概要 (8)§2.2 网表文件中的元素 (8)第三章器件及电源 (15)§3.1 器件 (15)§3.2 独立源 (16)3.2.1 直流源 (16)3.2.2 交流源 (16)3.2.3 瞬态源 (16)3.2.4 混合源 (21)§3.3 受控源 (22)3.3.1 压控电压源 E ELEMENTS (22)3.3.2 压控电流源 G ELEMENTS (23)第四章参数、函数及仿真设置 (25)§4.1 参数 (25)4.1.1 参数定义 (25)4.1.2 .PARAM 声明 (25)4.1.3 指令行内定义 (25)4.1.4 代数表达式定义输出参数 (25)4.1.5 倍乘参数M (THE MULTIPLY PARAMETER) (25)4.1.6 参数作用范围 (26)§4.2 函数 (27)4.2.1 用户定义函数 (27)4.2.2 内置函数 (27)4.2.3 保留变量 (29)§4.3 仿真设置 (29)4.3.1 设置控制选项（CONTROL OPTIONS） (29)4.3.2 基本控制选项 (29)第五章输出设置 (31)§5.1 输出指令 (31)§5.2 输出参数 (31)5.2.1 直流和瞬态分析输出参数 (31)5.2.2 功率 (32)5.2.3 交流分析输出参数 (32)5.2.4 网路相关参数 (33)5.2.5 噪声和谐波分析输出参数 (33)5.2.6 器件参数输出 (34)第六章常用分析 (35)§6.1 直流初始化及工作点分析 (35)6.1.1 电路初始化 (35)6.1.2 工作点分析（OPERATING POINT） .OP声明 (35)§6.2 直流扫描分析 (36)6.2.1 .DC 声明 (36)6.2.2 例子 (36)6.2.3 其他直流分析声明 (37)§6.3 瞬态分析 (38)6.3.1 瞬态分析的初始化 (38)6.3.2 瞬态分析 .TRAN 声明 (38)6.3.3 例子 (38)6.3.4 傅立叶分析 (38)§6.4 交流分析 (40)6.4.1 交流分析 .AC 声明 (40)6.4.2 例子 (40)6.4.3 其他交流分析 (41)第七章统计分析及优化 (43)§7.1 用户定义的分析 (43)7.1.1 .MEASURE 声明 (43)7.1.2 上升、下降和延迟(RISE FALL AND DELAY) (43)7.1.3 FIND 和 WHEN函数 (44)7.1.4 方程计算 (45)7.1.5 平均值、均方根值、最大最小值和峰峰值测量 (45)7.1.6 积分函数 (46)7.1.7 微分函数 (46)7.1.8 误差函数 (47)§7.2 温度分析 (48)§7.3 最坏情况分析 (48)7.3.1 标准统计名词定义 (48)7.3.2 最坏情况分析介绍 (49)7.3.3 模型歪斜参数及工艺角文件 (49)§7.4 蒙特卡罗分析 (50)7.4.1 蒙特卡罗分析概要 (50)7.4.2 定义分布函数 .PARAM 声明 (51)7.4.3 蒙特卡罗分析的例子 (52)7.4.4 最差情况和蒙特卡罗分析的例子 (53)§7.5 优化 (58)7.5.1 优化概要 (58)7.5.2 优化相关声明 (59)7.5.3 优化的例子 (60)备注： (63)参考文献： (63)第一章概述§1.1Hspice简介Hspice是电路模拟仿真的工具。

h s p i c e仿真整理§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§电路优化（优化元件参数）§温度特性分析§噪声分析例(Hspice netlist for the RC network circuit)：.title A SIMPLE AC RUN.OPTIONS LIST NODE POST.OP.AC DEC 10 1K 1MEG.PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1)V1 1 0 10 AC 1R1 1 2 1KR2 2 0 1KC1 2 0 .001U.END输出文件：一系列文本文件⏹*.ic ：initial conditions for the circuit⏹*.lis ：text simulation output listing⏹*.mt0,*.mt1… ：post-processor output for MEASURE statements⏹*.pa0 ：subcircuit path table⏹*.st0 ：run-time statistics⏹*.tr0 ,*.tr1…：post-processor output for transient analysis⏹*.ac0,*.ac1…: post-processor output for AC analysis.TITLE 语句.TITLE <string of up to 72 characters>或者： <string of up to 72 characters>如果是第二种形式，字符串应该是输入文件的首行；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 语句形式： .END <comment>在 .END语句之后的文本将被当作注释而对模拟没有影响。