hspice讲义-入门最好
Hspice入门
选择需要的文件，弹出如下 双击或选择然后按住鼠标中间的键，将选择的 curve拖入图形显示窗口。
RC 网络的AC和TRAN分析
2. 有关AvanWaves的一些说明
THE END
THANK YOU
Subcircuit Output Printing
.DC statement
DC Sweeps
.TRAN
.AC
6.子模块定义 .SUBCKT subnam n1<n2 n3 …> <parnam=val …> A parameter name set to a value. For use only in the subcircuit, overridden by a assignment in the subcircuit call or by a value set in a .PARAM statement.
1） Passive elements （1） resistor
（2）capacitor
（3）inductor
2）Active element （1） diode
（2）MOSFET
Transmission line
3）general Source
Independent Source Functions: Pulse(PULSE function) Sinusoidal(SIN function) Exponential(EXP function) Piecewise linear(PWL function) Single-frequency FM(SFFM function) Single-frequency AM(AM function)
HSPICE基础知识
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仿真及MOS模型(上海交大内部讲义)
HSPICE的语句 注释语句
• 是用户对程序运算和分析时加以说明的语句。在列出 输入程序时会打印出来，但不参与模拟分析。该语句 可放在输入文件标题语句以后的任意位置加以注释。 • 一般形式：* <comment on a line by itself> • 或 <HSPICE statement>$<comment on the same line as and following HSPICE input>
2013-11-04
21
HSPICE的语句 调用工艺库文件
• .lib ‘<filepath/>filename’ entryname • .lib 所调用的文件一般由芯片加工厂提供； • 文件包含有所用工艺下所允许使用器件的模型参 数； • 文件是仿真计算的依据。 • entryname是模型库的名称 • 同一工艺下可能会有多个不同的模型库； • 分别对应于电路不同的工作环境（加工偏差）；
2013-11-04 41
常用仿真分析类型 直流分析：
• . DC语句 • 对指定的变量在指定的范围内进行扫描，每给一 个变量的扫描点，就对电路进行一次直流分析计 算。对哪个变量扫描，哪个变量就是自变量，即 仿真图形里的横坐标。例如对MOS管的Vgs进行 DC扫描，检测Ids，则仿真图形得到MOS管的转移 特性曲线Ids-Vgs • .DC Vin -0.5 0.5 0.01
随沟道纵向横向电场增加而减小?速度饱和2013110469mos器件模型mosfet工作区域弱反型区强反型区?弱反型亚阈值vgsvt?与vgs呈指数关系与vds呈线性关系?强反型vgsvt?线性电阻区vdsvdsat?饱和常数电流vdsvdsat2013110470mos器件模型漏感应势垒下降及源漏穿通dibl?短沟器件的源漏距离已与耗尽区宽度可比拟此时漏端电压将对阈值电压产生调制作用?vds增加会使源端势垒下降?沟道长度缩短会使源端势垒下降?源漏穿通发射流加大并以扩散形式到达漏端不受栅压控制2013110471mos器件模型漏感应势垒下降及源漏穿通dibl2013110472mos器件模型体效应bodyeffect?衬偏引起的体效应使开启电压随衬偏变化?衬底电流在衬底电阻上的压降造成衬偏电压?scbesubstratecurrentinducedbodyeffect2013110473mos器件模型热载流子效应?原因
Hspice（中文实用版）
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应用讲解讲解
Hspice应⽤讲解讲解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。
第一讲HSPICE
选项设置
8 Analysis statement 仿真类型描述
9 .print/.plot/.graph/ 输出方式描述
.probe
10 .end
结束语句
.sp文件的形式输入！
1.标题语句 2.电路描述语句
3.命令语句 4.结束语句
Hspice 的网表举例
例：
1A SIMPLE AC RUN 标题
THINKING! THINKING! THINKING!
课堂总结
HSPICE HSPICE
今天学到的
集
成
电
路
网
设 计 与
的 安 装 及
表 及 说 明
使
用
今天就到这里吧!
谢谢大家
仿真核心：美国加州大学Berkeley分校开发的 SPICE模拟算法
最著名的两个商业软件：Pspice和Hspice
HSpice和PSpice 最著名的两个商业软件 Pspice：
1984年Microsim公司开发完成 第一个用于PC平台的SPICE模拟器，现为Cadence公司 产品 Pspice是个人用户的最佳选择，具有图形化的前端输入环境，
Hspice的使用流程
.sp file
Hspice网表输入格式
1 .title
标题
2 Sources (I or V)
输入激励和源
3 circuit description 电路元件描述语句
4
.lib
元件库引用
5 .model libraries
元件模型描述
6
.inc
文件包含语句
7 .options
沙子－高纯硅片－芯片 单位价值超过黄金
第3讲-Hspice电路仿真教案资料
徐江涛
电子信息工程学院
主要内容
3.1 HSPICE的流程与功能 3.2 HSPICE输入与输出 3.3 电路网表 3.4 模型卡 3.5 控制卡 3.6 输出控制 3.7 HSPICE的输出 3.8 Awaves浏览波形
3.1 HSPICE的流程与功能
+++：表示只有当应用了.FFT语句后该文件才被确立。
MetaWave(avanwaves)：观察波形(post-processor), 人机交互界面
3.3电路网表
.TITLE 语句 .TITLE <string of up to 72 characters> 或者： <string of up to 72 characters>
简单电路正向设计的典型流程 1. 功能定义 2. 行为设计 3. 逻辑级电路设计——得到由基本逻辑单元组成的 电路（数字电路） 4. 逻辑级仿真（迭代） 5. 选择合适的工艺库。把各基本功能单元映射至其 上；或设计各单元晶体管级电路——得到电路级 网表
Hspice是什么？—从设计流程说起
6. 电路级仿真：验证各单元电路是否具有期望的功 能，性能估计。（迭代）
Wave Data
后处理
Analysis
MetaLib CDF Symbol Library
Parameter Changes
反标注
Hspice有哪些功能？
§ 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 § 电路优化（优化元件参数） § 温度特性分析 § 噪声分析 § 傅立叶分析 § Monte Carlo, 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
HSPICE讲义--整理版
HSPICE讲义
知识结构
5
电路及仿真
集成电路设计流程
功能定义
想法及 规划
1.电路功能 2.操作速度 3.接口温度 4.功率消耗 5电路整体构架 6.划分功能模块
6
集成电路设计流程
功能定义
行为设计
验证 想法
仿真工具：VHDL，Verilog等硬件描述语言
7
集成电路设计流程
功能定义
行为设计 逻辑设计
逻辑仿真 门级的设计
8
• 标题语句和结束语句中间语句无任何先后次序；
• 续行用“+”表示。 • 分隔符可以为： tab键，空格，逗号，等号，括号 • 元件的属性用冒号来分割，例如 M1:beta • 用句点来表示隶属关系，例如X1.A1.V”表示电路X1的子电路A1的节 点V
14
节点
• 结点名可以由以下任何字符打头：# _ ! %
15
数值及比例因子
• 数字表示：
– – – – 数字可以用整数，如12，-5； 浮点数，如2.3845，5.98601； 整数或浮点数后面跟整数指数，如6E-14，3.743E+3； 在整数或浮点数后面跟比例因子，如10.18k
• 比例因子：为了使用方便，它们用特殊符号表 示不同的数量级：
– T=1E+12，G=1E+9，MEG=1E+6，K=1E+3，M=1E-3， U=1E-6，N=1E-9，P=1E-12，F=1E-15，DB=20lg10 ， MIL=25.4E-6(千分之一英寸)
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1
inv1
2
inv2
3
inv3
38
分析语句
• • • • 直流工作点.op 直流.dc 交流.ac 瞬态.tran
.op语句
• 工作点分析.OP
• 此语句规定计算电路的直流工作点。这时电路中的电感按 短路、电容按开路处理。设置了该语句，仿真的输出生成 文件里可观察到电路的完整直流工作点。 • 无论输入文件中有无.OP语句，程序在进行直流、交流和 瞬态分析时，都要自动进行直流偏置点分析。
Hspice输入文件
• .sp文件文件结构
4.仿真类型语句：指明进行什么类型的仿真分析，如直流、 交流、瞬态分析等。 5.模型语句： 指明元器件采用的模型，可以调用已有模型， 也可以在代码中自己定义。 6.结束语句：.end （位于最后一行，表示代码结束）
Hspice的输入
• 输入行格式
•文件名、语句、等式的长度不能超过256字符； •上标和下标将被忽略； • 对英文字符大小写不敏感 •用加号（+）表示续行，此时加号应该是新续之行的 第一个非空格字符； •星号（*）和美圆符号（$）可以引出注释行，但*必 须是每行第一个字母，而$一般跟在一个语句后，并与 语句有至少一个空格。
参数变量
• .Param name = value • .Param length= 1u width=3u • mp d g s b pmod w=width l=length
子电路
定义
.subckt name node1 (node2…) … .ends <name>
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
Hspice2007安装
下载地址
IME的FTP
/incoming/EE_incoming
• hspice_vA-2007.09_Win_setup.exe • hspice200709.lic
HSPICE2007的安装
HSPICE2007的安装
HSPICE2007的安装
HSPICE2007的安装
. dc语句
Type:DEC(十进位）/OCT（倍频）/LIN（线性）/POI(列表）
Np－单位范围内的点数（依type而定） SWEEP后的变量可是电压、电流或温度等变量。
. dc语句
• 对指定的变量在指定的范围内进行扫描，每给一个变量的 扫描点，就对电路进行一次直流分析计算。对哪个变量扫 描，哪个变量就是自变量，即仿真图形里的横坐标。例如 对MOS管的Vgs进行DC扫描，检测Ids，则仿真图形得到MOS 管的转移特性曲线Ids-Vgs。 • .DC LIN Vin -0.5 0.5 0.01 • .DC Vin -0.5 0.5 0.01 • 表示对电压源Vin从-0.5V到0.5V进行线性扫描，步长为 0.01V
2009.10
Hspice使用流程
• 5.点击Avanwaves，查看仿真结果
2009.10
Hspice使用流程
• 6.如果软件的安装及网表代码的编写都正确， 则会弹出如下两个框：
2009.10
Hspice使用流程
• 7.点击选中小窗口里仿真类型、需要输出的电 流或电压节点，结果会在大窗口里显示。
• 注意：必须安装在全英文路径下。
Hspice使用流程
流程： • 1.用windows的记事本新建一个文件，并将 其扩展名修改为.sp，例如改名为 inv.sp； • 2.选中并右键选择打开方式，选写字板或记 事本，然后编写hspice代码 。 • 3.用HSPICE进行仿真，并查看仿真结果 • 注意：.sp文件必须在全英文路径下。
3 8/1 Mp 1 Mn 4/1 0 2
1
inv1
2
inv2
3
inv3
37
实例-子电路
.subckt inv 1 2 mp 2 1 vdd vdd pmod w=8u l=1u mn 2 1 0 0 nmod w=4u l=1u .ends .global vdd xinv1 1 2 inv xinv2 2 3 inv xinv3 3 1 inv
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HSPICE2007的安装
设置系统环境变量 点击“开始” 右键“我的电脑” 选择“属性”
HSPICE2007的安装
选择“高级” 选择“环境变量”
HSPICE2007的安装
设置系统环境变量 LM_LICENSE_FILE = <path of your license file>
HSPICE
王冠男 郭娟 imeanalog2010@
联系方式
• 郭 娟： 15210361673
guo_juan_2008@ 实验室：2615
• 王冠男：13581798768
dorahome@ 实验室：2620
Outline
• • • • • Hspice 历史 Hspice 下载安装 Hspice 使用流程 Hspice 语法 Hspice 实例
V1
td t1 pw t2 period
Time
信号源-4
• 自定义脉冲源（利用坐标来自定义折线）
• 举例如下：
• V1 m 0 PWL 120n 0v, 130n 5v, 170n 5v, 180n 0v
信号源-4
元器件与节点
标题 信号源 元器件 仿真类型 模型 结束语句
• 元器件一般由字母或数字命名，必须以字 母开头，字母不区分大小写 • 元器件首字母代表其属性。常用的元器件 种类有：R、C、L、D、Q、M • 节点由字母或数字命名，如vdd，1，node1 • 节点 0, GND, GND!, GROUND默认表示”地”
.MODEL 模型名 元器件类型 元器件参数 例如：nmos模型
.model mod1 nmos VTO=1.0 KP=4.5E-5 LAMBDA=0 +GAMMA=0.4 TOX=1.0E-7 NSUB=4.0E+15 LD=0.06U +CJ=2.0E-4 MJ=0.5 CJSW=2.0E-10 MJSW=0.4 +CGSO=1E-10 CGDO=1E-10 CGBO=2E-9
• 正弦电压源
• 形式为 ： • Vxxx node1 node2 sin (VO VP FREQ TD DF PHASE） – VO：直流部分的偏置值 – VP：交流部分的振幅 – FREQ：频率 – TD：延迟时间 – DF：阻尼系数 – PHASE：初相位 • 例如：V1 a b sin (0.5V 2V 1000HZ 0 0 0）
Hspice使用流程
• 1.运行HSpui A-2007.09（其它版本类似） • 2.点击OPEN，导入编写好的“inv.sp”文件
Hspice使用流程
• 3.点击Simulate，开始仿真，将弹出一个运行框。 仿真运行完毕，该框会自行消失。
2009.10
Hspice使用流程
• 4.点击主界面Edit LL,查看.lis输出文件里面是否有 error，有则修改代码，重新仿真
. tran语句
• 瞬态分析.TRAN
• 计算电路各输出变量（电压、电流等）随时间变 化的规律。
.TRAN 5u 1m 该语句的含义是总分析时间为1ms，步长5us。 .TRAN 1n 100n UIC 使用初始条件。 .IC v1 5V
输出控制
• 测量仿真延迟
.measure tran t1 trig V(in) val=0.6 rise=1 targ V(out) val=0.6 fall=1 .measure tran t2 trig V(in) val=0.6 fall=3 targ V(out) val=0.6 fall=3
子电路调用，以x作为开头，与元器件实例化 规则相同。
实例-子电路
.subckt inv 1 2 3 mp 2 1 3 3 pmod w=8u l=1u mn 2 1 0 0 nmod w=4u l=1u .ends xinv1 1 2 vdd inv xinv2 2 3 vdd inv xinv3 3 1 vdd inv
比例因子
F N M MEG T 1E-15 1E-9 1E-3 1E6 1E12 P U K G 1E-12 1E-6 1E3 1E9
实例-元器件
• ron 2 0 3MEG • c1 3 2 20p • mn d g s b mod1 w=1u l=1u 遵循“漏、栅、源、衬”的顺序 • mp d g s b pmod w=3u l=2u .model mod1 nmos ……
标题 信号源 元器件 仿真类型 模型 结束语句
信号源1
• 直流源 Vxxx node1 node2 DC 5V • 交流源 Vxxx node1 node2 AC 1V 90 • 混合 Vxxx node1 node2 DC=5 AC=1 90
标题 信号源 元器件 仿真类型 模型 结束语句
信号源-2
• 平均功耗测量
.MEAS TRAN AvgPower1 AVG P(vcc) =100ns TO=400ns
• 峰值测量
.MEAS TRAN Vmax MAX v(out) FROM=0 TO=20n .MEAS TRAN Vmin MAX v(out) FROM=0 TO=20n
例子：简单跨导放大器分析
. ac语句
• 交流分析.AC
• 一般在电路中只能设一个非零交流电源（AC源），交流分 析时语句所对应的信号源就为该交流电源，无需再列出。 .AC LIN 101 100HZ 200HZ 线性扫描，扫描频率初值是100HZ ，终值是200Hz，中 间共有101个扫描点。
.AC DEC 20 1MEG 100MEG 10倍频程扫描，扫描频率初值1MEG，终值100MEG，每 10倍频程含20个扫描点。