北京大学-HSPICE2010使用教程
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。
HSPICE 使用流程-推荐下载

南京拓科科技有限公司HSPICE使用流程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南京拓科科技有限公司HSPICE使用流程的瞬态特性分析。
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。
hspice使用

子电路语句
子电路定义开始语句 语法:.SUBCKT SUBNAM <node1 node2…> 其中,SUBNAM为子电路名,node1…为子电路外部节点号。 子电路中的节点号(除接地点)、器件名、模型说明均是 局部量,可以和外部的相同。 例:.SUBCKT OPAMP 1 2 3 4
子电路终止语句 语法:.ENDS <SUBNAM> 例:.ENDS OPAMP
–节点0,GND,GND!,GROUND都指全局的地电位
IC设计流程中的电路仿真 Hspice 的输入网单结构 元件描述 激励源描述 器件模型描述 控制输出描述
无源器件
– 电阻:
语法:Rxxx n1 n2 <mname> <R=>resistance <AC=val> 例:Rxxx 9 8 1 AC=1e10
• Numerical Approach to Circuit Simulation – For example DC, AC, transient analysis
• Must Rely on Models of Various Circuit Elements
– Simple (e.g. Resistor, Capacitor) – Complex (e.g. MOSFET)
直流电阻1欧姆,交流电阻为1e10欧姆
– 电容:
语法:Cxxx n1 n2 <mname> <C=>capacitance 例:Cload driver output 1.0e-6。
– 电感:
语法:Lxxx n1 n2 <L=>inductance
有源器件
–二极管: 语法:Dxxx nplus nminus mname <params>
Hspice软件使用简介

哈工大MEMS中心
共分三部分Capture、 Hspui、 CosmosScope
• Capture画电路原理图
• Hspui模拟
• Cosmos-Scope看输出结果
Capture使用Leabharlann • 双击图标进入Capture
弹出Project对话框
这样我们就建立了一个Project
hspice软件使用简介哈工大mems中心共分三部分capturehspuicosmosscopecosmosscope看输出结果capture使用双击图标进入capture弹出project对话框这样我们就建立了一个project这样我们就建立了一个project相关模拟时的命令可查阅pspice或其他的相关书籍指令格式都是相同的画好图后单击page1再单击netlist选择pspice将net改为sp单击确定生成网表文件hspui使用双击hspui图标进入从open中调出你的
这样我们就建立了一个Project
• 相关模拟时的命令可查阅Pspice 或其他 的相关书籍,指令格式都是相同的
画好图后单击Page1,再单击Netlist
选择PSpice ,将net改为 sp,单击 确定,生成网表文件
Hspui使用
• 双击Hspui图标进入,从Open中调出你的.sp文件
单击Edit Nl,改后保存
单击Simulate,运行完后从EditLL 查看有无error,若无则完成
Cosmos-Scope使用
• 双击Cosmos-Scope进入,从中调出你的模拟结果文件
可以从坐标标示的图表中得到具体的点的值,也可以用 单击剪刀状的图标得出,从measurement中的得出诸如带 宽之类的信息
hspice使用指南

Sources: Dependent
• Dependent Sources (Controlled Elements)
– High level of abstraction
• Used for behavioral modeling and to simplify circuit descriptions • Faster execution time
Node Naming Conventions
• Node and Element Identification
– – – – – Either names or numbers (e.g. n1, 33, in1, 100) Numbers: 1 to 99999999 (99 million) Nodes with number followed by letter are all the same (e.g. 1a=1b) 0 is ALWAYS ground Global vs local Don‘t begin with a ? May contain: + - * / : ; $ # . [ ] ! < > _ % (not recommended) May NOT contain: ( ) , = ?<space> Ground may be either 0, GND, or !GND
Pulse value parameters defined in the .PARAM statement.
Independent Transient Sources: PWL
• Piecewise Linear
(Vol. 1, p. 4-8)
PWL t1 v1 <t2 v2 t3 v3...> <R <=repeat>> <TD=delay> PWL (t1 v1 <options>) PWL t1 I1 <t2 I2...> <options>
Hspice使用指南傻瓜版

Hspice使用指南安装1. 安裝Hspice 2009.09 和Spiceexplorer 2009.092. 產生License 檔案(Hspice and Spiceexplorer)到"keygen" 的目錄下執行LicGen.exe2.1 按"Open" 開啟"Synopsys.lpd"檔案2.2 在"Select Host ID" 選擇"Any"勾選"Use Daemon"並在"Select Daemon ID" 選擇"Disk"2.3 按"Generate" 後會出現一個視窗"Generated License",按Save,將檔名儲存為"license.dat"2.4 複製此"license.dat" 到目錄"C:\synopsys\Hspice_C-2009.09\" 下3. 啟動License (Spiceexplorer)複製"lm" 目錄到"C:\synopsys\Hspice_C-2009.09\" 下,進入"lm" 目錄執行"lmtools.exe"下面的地方要注意一下打开后跟着图片进行选择看到黄色的successful就是软件licence装好了,应该就可以用了下面开始写sp文件,以群里面那个sp文件做下范例cmosinverter标注.pdf改好以后下一步选择如图所示项目生成.lis文件完成此步骤后,存储目录下会多出一个接下来进行仿真,打开仿真界面然后此窗口自动关闭后打开edit ll,如果内容有误,会有error这样的字眼,根据提示做修改,改好再按照前面的步骤重新做一遍无报错后,继续往下走打开图形查看器选择文件路径,只能放在C盘下面,其他路径找不到选好会弹出如下窗口步骤3双击后会出现如下的图然后要作业里面的其他图如下为第二张图页面上的图很多了,要出第三张图,我不太会,就只能先把sp关掉再打开一次再打开一次SP,方法前面的步骤里有出来第三张图完成。
Hspice使用指南

出现这样一个幅频曲线图,纵坐标是 db(分贝),横坐标是 Hz(赫兹), {这里 20x 代表 20M, 其余单位均与实际中相同,如 10 千就是 10k},
懂模拟电路的人可以发现,运放的幅频特性曲线不应该是这样的.的确,运放的幅频特性 曲线应该是缓降的.这是因为总坐标虽然以对数坐标来显示,但横坐标还是线性坐标.这时可 以用鼠标右击横坐标,会出现一个 set logarithmic scale 选项,这就是把坐标设置成对数坐标.
电源值用法举例: i. Vin in gnd 1.5 节点in与地gnd之间接1.5V电压源Vin。 ii. Vin in gnd 1.5 AC 1 SIN(0 1 1MEG) 电压源Vin接在节点in与地gnd之间,直流值为1.5V;交流振幅为1V,初始相位为0;瞬态电 压源为频率是1兆、直流偏置为1V的正弦电压源。 iii. Vin in gnd PWL(0 0 0 10ns 7 20ns 7 30ns 0 40ns) 电压源Vin接在节点in和地gnd之间,波形如下:
1. 电阻、电容、电感、互感
Rxxxxxxx n1 n2 电阻值 Cxxxxxxx n1 n2 电容值 Lxxxxxxx n1 n2 电感值 Kxxxxxxx Lyyyyyyy Lzzzzzzz 耦合系数 上述语句中,R开头表示电阻名,C开头表示电容名,L开头表示电感名,K开头表示互感名。 n1与n2为表示连接电阻或电容或电感两端的端点名。三者的基本单位是欧姆、法拉、亨利。 Example: R1 a b 100 C20 c d 200f 该例子表示a节点与b节点之间有一个阻值为100Ω的电阻R1,节点c和d之间有一个200FF的 电容C20。
Hsipce使用

目录第1章Hspice简介...............................................................................................................- 1 - 第2章Hspice仿真准备.. (2)2.1 仿真以及相关工具准备 (2)2.2 工具简介 (2)2.3 仿真所需文件 (2)2.4 网表导出 (3)2.4.1 在cadence里导出网表文件 (3)2.4.2 在Hierux里导出网表 (4)2.4.3 Cadence网表修改 (5)2.4.4 Heirux网表修改 (7)2.4.5 器件模型的修改 (8)第3章仿真操作及注意事项 (9)3.1 编写.SP文件 (9)3.1.1 标题(TITLE) (9)3.1.2 电路的分析类型描述语句 (9)3.1.3 注释(COMMENTS) (9)3.1.4 结束(.END) (9)3.2 Hspice仿真操作 (10)3.3 注意事项 (13)3.3.1 用cadence导出网表 (13)3.3.2 会查看Hspice中的错误 (13)第1章Hspice简介Hspice线路模拟软件在早期是美国Meta-Sofeware公司根据Berkeley SPICE2G.6、SPICE3以及其他线路模拟软件所发展的工业级线路分析软件。
Hspice在基本功能部分和其他SPICE软件相似,可应用于下列领域的电子研发,即稳态(直流分析)、暂态(时间分析)及频率(交流分析)等领域。
由于Meta-Sofeware公司在集成电路研制技术持续进步与元件尺寸缩小下,对于MOSFET模拟的适用性与精确性的不断耕耘,以及该公司对元件与电路最佳化、蒙特卡罗与最坏情况分析等进阶级的模拟应用亦有自我突破,使得Hspice逐渐脱颖而出,超过PSPICE、ls-SPICE等软件,成为在集成电路设计上最普遍及最佳的晶体管层次线路模拟软件。
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.TEMP
specifies circuit temperature for simulation
.DC
performs several types of sweeps during DC analysis for details: HSPICE Reference Manual: Commands and Control Options
Sources & Stimuli
AC, DC Sources
Sources & Stimuli
Transient Sources
PULSE
Sources & Stimuli
Transient Sources
SIN
Sources & Stimuli
Transient Sources
PWL (Piecewise Linear Source)
Controls
Components
.lib or .model or .subcircuit .alter
.param Load=5k .end
Input & Controls
Naming Conventions
Node and Element Identification
o Either Names or Numbers, no delimiters (e.g. src, n3, 11, …) o 0 is ALWAYS Ground o Trailing Alphabetic Character are ignored in Node Number (e.g. 5A = 5B = 5)
o Ground may be 0, GND, !GND
o All nodes are assumed to be local o Node names can be across all subcircuits by .GLOBAL statement (e.g. .GLOBAL VDD VSS)
Input & Controls
.ALTER
Rerun a simulation with different models/parameters/options…
Input & Controls
.DATA
Rerun a simulation with different models/parameters/options…
HSPICE辅助设计
2010.9
OUTLINE
SPICE Overview
Simulation Input & Controls
Sources & Stimuli
Analysis Types Output Hspui & Waveview Exercise Tips
SPICE Overview
Temperature (℃).
Scale Factors
F = 1e-15 M = 1e-3 G = 1e9 DB = 20log10 P = 1e-12 K = 1e3 T = 1e12 FT=0.305 N = 1e-9 MEG = X = 1e6 U = 1e-6
Input & Controls
Transient Analysis
.TRAN for details: HSPICE Reference Manual: Simulation and Analysis .FOUR
Analysis Types
.DC
to calculate transfer curves
*NMOS M1 2 1 0 0 NOS W=10U l=2U V_GS 1 0 V_DS 2 0 .OPT POST .PRINT DC I(M1) .DC V_DS 0 5 0.1 V_GS 0 5 1 .MODEL NOS NMOS LEVEL=2 .END
Input & Controls
Naming Conventions
Instance and Element Names
Input & Controls
Naming Conventions
Units
Resistor (ohm), Current (A), Frequency (Hz), Capacitor (F), Length (M), Inductor (H), Time (Sec), Voltage (V),
Analysis Types
.Tran
to calculate time-domain response
Inverter Circuit .OPTION LIST NODE POST .TRAN 200P 20N .PRINT TRAN V(IN) V(OUT) M1 OUT IN VCC VCC PCH L=1U W=20U M2 OUT IN 0 0 NCH L=1U W=20U VCC VCC 0 5 VIN IN 0 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N CLOAD OUT 0.75P .MODEL PCH PMOS LEVEL=1 .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .END
Sources & Stimuli
Sources
Independent Sources
o AC, DC Sources o Transient Soent Controlled Sources
o E -- VCVS o F -- VCCS o G -- CCVS o H – CCCS for details: HSPICE Reference Manual: Simulation and Analysis
Output
.MEAS (Rise, Fall, Delay)
Format Conventions
o A line may be continued by entering a plus sign('+') in column 1 of the following line.
o Quotation marks must be used to specify an algebraic equation. Both single(„ ‟) and double(“ ”) quotation marks can be used. (e.g. J = „ A+B*C ‟, K = “2*J”)
SPICE Simulation Algorithm - Tran
SPICE Overview
Basic Flow for SPICE
SPICE Overview
HSPICE
Meta-Software -> Avant! -> Synopsys
Advantages
模型较多,仿真精度高
收敛性强
o Upper and lower case is ignored except as filenames on UNIX. o The input file cannot contain lines with more than 80 columns. o Except first line, Title, and last line, .END, the order of the remaining lines is arbitrary.
Call
clocktree.sp
.LIB ms018_v1p8.lib TT
……
.ENDL FF
Input & Controls
Others
.OPTION
modifies various aspects of simulation (input/output/analysis/accuracy/algorithm, etc.)
Widely adopted, become de facto standard SBTSPICE, HSPICE, Spectre, TSPICE, Pspice, Smartspice…
SPICE Overview
SPICE Simulation Algorithm - DC
SPICE Overview
Output
.MEAS(URE)
Measurement Modes: Rise, Fall, Delay AVG, RMS, MIN, MAX, P-P Find-When
for details: HSPICE Reference Manual: Commands and Control Options
Analysis Types
Analysis Types
DC Operating Point
.OP .IC .NODESET
DC Sweep & DC Small Signal Analysis
.DC .TF .PZ
AC Sweep & Small Signal Analysis
.AC .NOISE
V_GS
V_DS
M1
Analysis Types
.AC
to calculate frequency-domain response
A SIMPLE AC RUN .OPTION LIST NODE POST .OP .AC DEC 10 1K 1MEG .PRINT AC V(1) V(2) I(R2) I(C1) V1 1 0 10 AC 1 R1 1 2 1K R2 2 0 1K C1 2 0 .001U .END
Output
Output Files Summary
Output File Type Output Listing DC Analysis Results DC Analysis measurement Results AC Analysis Results AC Analysis Measurement Results Transient Analysis Results Transient Analysis Measurement Results Subcircuit Cross-Listing Operating Point Node Voltages Extension .lis .sw# .ms# .ac# .ma# .tr# .mt# .pa# ic