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Hspice实战手册Perface最初写作本文的目的是希望提供一份中文版的Hspice手册从而方便初学者的使用，本文的缘起是几位曾经一起工作过的同事分别进入不同的新公司，而公司主要是使用Hspice，对于已经熟悉了Cadence的GUI界面的使用者转而面对Hspice的文本格式，其难度是不言而喻的，而Hspice冗长的manual（长达2000页以上）更让人在短时间内理不出头绪。
鉴于我曾经使用过相当一段时间的Hspice，于是我向他们提供了一份简单而明了的handbook来帮助他们学习，本来是准备借助一个具体运放的设计例子，逐步完善成为一份case by case的教程，但由于工作比较浩大，加之时间的关系，一直难以完成，愈拖愈久，在几个朋友的劝说下，与其等其日臻完善后再发布，不如先行发布在逐步完善，以便可以让更多的朋友及早使用收益。
本文虽通过网络发表，但作者保留全部的著作权，转载时务请通知本人。
由于水平的有限，讨论范围的局限及错误不可避免，恳请读者指正。
联系方式为e-mail: nkchenliy@。
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 Mo del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Mod el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介绍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3、Hspice所使⽤的单位（不区分⼤⼩写）4、输⼊⽂件格式（.net /.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：M BJT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- < dcval> >+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 0.5v AC=10V,90 直流分量是0.5vVxxx/ Iyyy n+ n-+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 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中⽂简要⼿册Hspice语法⼿册天津⼤学电信学院陈⼒颖Preface最初写作本⽂的⽬的是希望提供⼀份中⽂版的Hspice⼿册从⽽⽅便初学者的使⽤，本⽂的缘起是⼏位曾经⼀起⼯作过的同事分别进⼊不同的新公司，⽽公司主要是使⽤Hspice，对于已经熟悉了Cadence的GUI界⾯的使⽤者转⽽⾯对Hspice的⽂本格式，其难度是不⾔⽽喻的，⽽Hspice冗长的manual（长达2000页以上）更让⼈在短时间内理不出头绪。
鉴于我曾经使⽤过相当⼀段时间的Hspice，于是我向他们提供了⼀份简单⽽明了的handbook来帮助他们学习，本来是准备借助⼀个具体运放的设计例⼦，逐步完善成为⼀份case by case的教程，但由于⼯作⽐较浩⼤，加之时间的关系，⼀直难以完成，愈拖愈久，在⼏个朋友的劝说下，与其等其⽇臻完善后再发布，不如先⾏发布在逐步完善，以便可以让更多的朋友及早使⽤收益。
本⽂虽通过⽹络发表，但作者保留全部的著作权，转载时务请通知本⼈。
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⽬录⼀、HSPICE基础知识 (2)⼆、有源器件和分析类型 (3)三、输出格式和⼦电路 (4)四、控制语句和OPTION语句 (6)五、仿真控制和收敛 (7)六、输⼊语句 (8)七、统计分析仿真 (9)天津⼤学电信学院陈⼒颖2006年２⽉⼀、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。
Hspice简明手册Hspice是一个模拟电路仿真软件，在给定电路结构和元器件参数的条件下，它可以模拟和计算电路的各种性能。
用Hspice分析一个电路，首先要做到以下三点：（1）给定电路的结构（也就是电路连接关系）和元器件参数（指定元器件的参数库）；（2）确定分析电路特性所需的分析内容和分析类型（也就是加入激励源和设置分析类型）；（3）定义电路的输出信息和变量。
Hspice规定了一系列输入，输出语句，用这些语句对电路仿真的标题，电路连接方式，组成电路元器件的名称，参数，模型，以及分析类型，以及输出变量等进行描述。
一Hspice 输入文件的语句和格式Hspice输入文件包括电路标题语句，电路描述语句，分析类型描述语句，输出描述语句，注释语句，结束语句等六部分构成，以下逐一介绍：1电路的标题语句电路的标题语句是输入文件的第一行，也成为标题行，必须设置。
它是由任意字母和字符串组成的说明语句，它在Hspice的title框中显示。
2电路描述语句电路描述语句由定义电路拓扑结构和元器件参数的元器件描述语句，模型描述语句和电源语句等组成，其位置可以在标题语句和结束语句之间的任何地方。
（1）电路元器件Hspice要求电路元器件名称必须以规定的字母开头，其后可以是任意数字或字母。
除了名称之外，还应指定该元器件所接节点编号和元件值。
电阻，电容，电感等无源元件描述方式如下：R1 1 2 10k (表示节点1与2间有电阻R1,阻值为10k欧)C1 1 2 1pf (表示节点1与2间有电容C1,电容值为1pf)L1 1 2 1mh (表示节点1与2间有电感L1,电感值为1mh)半导体器件包括二极管，双极性晶体管，结形场效应晶体管，MOS场效应晶体管等，这些半导体器件的特性方程通常是非线性的，故也成为非线性有源元件。
在电路CAD工具进行电路仿真时，需要用等效的数学模型来描述这些器件。
（a）二极管描述语句如下：DXXXX N+ N- MNAME <AREA> <OFF> <IC=VD>D为元件名称，N+和N-分别为二极管的正负节点，MNAME是模型名，后面为可选项：AREA是面积因子，OFF时直流分析所加的初始条件，IC=VD时瞬态分析的初始条件。
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。
