HSPICE中的测量语句课件
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第一讲HSPICE教程文件
流片工厂提供的模型，如Level 49和Mos 9、 EKV等，无法直接进行计算或估算，需要用电 路仿真软件进行仿真，以便得到精确的结果。如
Hspice
Hspice提取模型，是利用提取元件库的形式.lib, 元件库一般由工厂提供。
31
信号与系统
集成电路特征线宽
微米： Micrometer: >1.0um 亚微米：0.8um 0.6um 深亚微米：0.5um 0.35um 0.25um 超深亚微：0.25um 0.18um 0.13um 纳米：0.09um (90nm) 0.07um (70nm)
用户界面友好，性价比高，主要应用于PCB板和系统级的设 计
14
信号与系统
HSpice和PSpice
最著名的两个商业软件
Hspice：
Meta-software 公司于1980基于spice开发，1989 年PC版本发布 现为Synopsys公司产品 它没有前端输入环境，需要事前准备好网表文件，可与Cadence，
Tanner，viewlogic的软件配合使用。 Hspice是事实上的Spice工业标准仿真软件，在业内应用广泛，它具有
精度高、仿真功能强大等特点。主要应用于集成电路设计。
15
信号与系统
HSPICE2007的安装(一)
16
信号与系统
HSPICE2007的安装(二)
必须 安装 在全 英文 路径 下！
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
23
信号与系统
HSPICE的使用流程(四)
5.点击Avanwaves，查看仿真结果
24
信号与系统
HSPICE的使用流程(五)
电路仿真HSpiceV2_0PPT课件
23
网表文件格式说明
• 电路拓扑结构：
–这部分描述了电路元件之间的连接关系，元件 的参数。
• 激励源：
–这里特指独立的电压源和电流源，它们用于提 供直流能量，或作为输入的激励源使用。
可编辑课件
24
网表文件格式说明
• 仿真功能设置：
–决定了软件进行的仿真功能，通过这些仿真设 计者可以得出电路的性能。
.title A SIMPLE AC RUN .OPTIONS LIST NODE POST $列出元件列表,各节点的元件端点,使 +输出数据可用metawaves浏览 .OP $计算并打印出直流工作点 *按数量级变化取10个点,从1k-1M .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
• 无源器件：
– 电容：
一般形式： Cxxx n1 n2 <mname> <C=>capacitance 例，Cload driver output 1.0e-6。
可编辑课件
34
电路网表语法
• 无源器件：
相关性，以便于模拟结果的改进
可编辑课件
12
二、 HSpice电路仿真分析
• Hspice电路仿真器是工业级的电路分 析软件，用以电子电路的稳态、瞬态 及频域的仿真和分析。
• 该软件可以精确的仿真、分析、优化 从直流到高于100GHz频率的微波的电 路。
• Hspice是理想的电路单元设计和模型 处理的工具，也是信号完整性和传输 线分析的选择工具。
Rxxx n1 n2 <mname> <R=>resistance <AC=val> Mname为模型名,电阻值可以是表达式。例： Rterm input gnd R=’sqrt(HERTZ)’ Rxxx 9 8 1 AC=1e10 直流电阻1欧姆，交流电阻为
第六讲HSPICE
27
$ title $circuit description
$control options $PZ analysis $ output options $ end, do not forget
信号与系统
.PZ analysis result(in dc run.lis file)
a pz run pole/zero analysis input = 0:vin $ title tnom= 25.000 temp= 25.000 ****** output = v(3)
17
信号与系统
.AC分析结果输出
Mag：振幅大小 Real：实部 Imag：虚部 Phase：相位
18
信号与系统
结果(1)—节点2的电压
V(2)
线性坐标
对数坐标
freq
节点2的电压的幅值随着频率的增加而减小。
19
实现低通滤波器的功能。
Right?
信号与系统
结果(2)—节点2的相位
Vp(2)
freq
一般形式： .AC type np fstart fstop
+SWEEP variable start-value stop-value +increment (type np start-value stop-value)
Expamples:
.AC DEC 10 1 10K SWEEP Cload LIN 20 1pf 10pf 对Cload的每个值进行AC分析，扫描频率为1Hz到10KHz，每10进制扫 描10个点，其中Cload的值为从1pf到10pf等距离取20个点 .AC DEC 10 1 10K SWEEP Rx POI 2 5k 15k .AC DEC 10 1 10K SWEEP Rx 5k 15k 5k
$ title $circuit description
$control options $PZ analysis $ output options $ end, do not forget
信号与系统
.PZ analysis result(in dc run.lis file)
a pz run pole/zero analysis input = 0:vin $ title tnom= 25.000 temp= 25.000 ****** output = v(3)
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信号与系统
.AC分析结果输出
Mag：振幅大小 Real：实部 Imag：虚部 Phase：相位
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信号与系统
结果(1)—节点2的电压
V(2)
线性坐标
对数坐标
freq
节点2的电压的幅值随着频率的增加而减小。
19
实现低通滤波器的功能。
Right?
信号与系统
结果(2)—节点2的相位
Vp(2)
freq
一般形式： .AC type np fstart fstop
+SWEEP variable start-value stop-value +increment (type np start-value stop-value)
Expamples:
.AC DEC 10 1 10K SWEEP Cload LIN 20 1pf 10pf 对Cload的每个值进行AC分析，扫描频率为1Hz到10KHz，每10进制扫 描10个点，其中Cload的值为从1pf到10pf等距离取20个点 .AC DEC 10 1 10K SWEEP Rx POI 2 5k 15k .AC DEC 10 1 10K SWEEP Rx 5k 15k 5k
HSPICE讲义--整理版
efghxxxncncgainvalue源控源有关说明hspice中具有的四种电压和电流控制元件通称为ef在hspice中用这些控制元件能够模拟mos晶体管双极型晶体管隧道二极管和可控硅整流器此外还能对一些功能块诸如运放加法器比较器压控振荡器调制解调器和开关电容电路等进行模拟
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)
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
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节点
• 结点名可以由以下任何字符打头：# _ ! %
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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)
HSPICE中的测量语句解读
• 格式
.MEASURE 分析类型 参数名 测量类型 FROM=起点 TO=终点 例: .MEASURE TRAN maxval MAX V(N1) FROM=10N TO=20N
常用测量类型
• 平均值 AVG PP • 积分 INTEG
平均功耗测量
• 格式
.MEASURE 参数名 param=‘表达式’ 如: .MEASURE tpd param=‘(tpdr+tpdf)/2’
反相器动态参数定义
• 上升延迟
从输入下降到50%VDD到输出上升到 50%VDD的时间 • 下降延迟 • 平均延迟 • 上升时间 10%-90% • 下降时间
平均值\最小\最大值测量
.MEAS WHEN 格式
• .meas 分析类型 结果变量 when 条件 • 分析类型 DC/AC/TRAN • 结果变量 用户定义 保存测量结果 • 条件 v(nx)=值 到达方式
也可以是i(nx)，取决于波形纵坐标。 • 到达方式 描述输出以何种方式到达需要的 值，具体描述方法见下一页。
输出到达方式的描述
HSPICE中的测量语句
集成电路CAD(6)
测量语句.MEASURE的功能
HSPICE中的测量语句为.MEASURE，可简写为.MEAS。测 量语句可以用于DC,AC或瞬态分析,常用基本测量内容包括 • 传播延迟 上升,下降延迟时间等。 • 特征值 平均值,均方根,最小,最大,峰-峰值等。 利用基本测量值和用户定义的表达式可以实现复杂的电路 特征测量。
测量终止点的确定
• TARG (target)的语法
TARG 目标变量 VAL=终止值 <CROSS=c> <RISE=r> <FALL=f>
.MEASURE 分析类型 参数名 测量类型 FROM=起点 TO=终点 例: .MEASURE TRAN maxval MAX V(N1) FROM=10N TO=20N
常用测量类型
• 平均值 AVG PP • 积分 INTEG
平均功耗测量
• 格式
.MEASURE 参数名 param=‘表达式’ 如: .MEASURE tpd param=‘(tpdr+tpdf)/2’
反相器动态参数定义
• 上升延迟
从输入下降到50%VDD到输出上升到 50%VDD的时间 • 下降延迟 • 平均延迟 • 上升时间 10%-90% • 下降时间
平均值\最小\最大值测量
.MEAS WHEN 格式
• .meas 分析类型 结果变量 when 条件 • 分析类型 DC/AC/TRAN • 结果变量 用户定义 保存测量结果 • 条件 v(nx)=值 到达方式
也可以是i(nx)，取决于波形纵坐标。 • 到达方式 描述输出以何种方式到达需要的 值，具体描述方法见下一页。
输出到达方式的描述
HSPICE中的测量语句
集成电路CAD(6)
测量语句.MEASURE的功能
HSPICE中的测量语句为.MEASURE，可简写为.MEAS。测 量语句可以用于DC,AC或瞬态分析,常用基本测量内容包括 • 传播延迟 上升,下降延迟时间等。 • 特征值 平均值,均方根,最小,最大,峰-峰值等。 利用基本测量值和用户定义的表达式可以实现复杂的电路 特征测量。
测量终止点的确定
• TARG (target)的语法
TARG 目标变量 VAL=终止值 <CROSS=c> <RISE=r> <FALL=f>
第六讲HSPICE
636.6198x 0.
交流分析
交流小信号分析(.AC) 极零点分析(.PZ) 交流小信号失真分析(.DISTO) 交流噪声分析(.NOISE) 噪声叠加分析(.SAMPLE) 交流网络分析(.NET)
交流小信号失真
考虑失真时Q：uestion： 1谐. 输波入(可频利什率用f么时它是：计输大算出谐信会波号出失？现真二特次性谐)，波如…失n真次 系数可定什义么为是谐波小分信量号的？总有效值与基波
分量之比 2. 当输入频率为f1和f2时，不仅会产生各自 的谐波，还会产生mf1+mf2的组合谐波(可
利用它计算相互调制失真特性)
交流小信号失真分析.DISTO
可计算的五个失真量：
DIM2：相互调制失真量（与第一级谐波差额时的失真量）。即频率量 f1－f2 相关的幅度和相位
DIM3：相互调制失真量（与第二级谐波差额时的失真量）。即频率分 量 2*f1－f2 相关的幅度和相位
描10个点，其中Cload的值为从1pf到10pf等距离取20个点 q .AC DEC 10 1 10K SWEEP Rx POI 2 5k 15k q .AC DEC 10 1 10K SWEEP Rx 5k 15k 5k
.AC举例
例:这是一个简单的RC电路，请利用HSPICE求出当激励源的
频率1KHz变化到100MHz时，节点2的电压、通过R2和C1的 电流的幅值和相位的变化。
inter：打印失真计算结果的频率间隔，即规定打印多少计算结果。
1.一般此频率为进行交流扫描的频率。
2.若不写，则不打印失真计算结果，可以在再用.PRINT和.PLOT语句对失 真结果进行打印。
3.若只需要打印第一个和最后一个频率失真计算结果， 则inter值>分析计算的终止频率。
大学-HSPICE使用教程
FT=0.305
N = 1e-9
U = 1e-6
MEG = X = 1e6
大学-HSPICE使用教程
Input & Controls Format Conventions
o A line may be continued by entering a plus sign('+') in column 1 of the following line.
Sources
vs 1 0 sin(0v 0.1v 60 0us 0 0)
Egs out
0
2
0
10
Rs
1
2
50
Components R1
2
0
10k
RL
out
0
Load
CL
out
0
100p
Model & Subckts .lib or .model or .subcircuit
Analysis End file
remaining lines is arbitrary.
大学-HSPICE使用教程
Input & Controls .ALTER
Rerun a simulation with different models/parameters/options…
大学-HSPICE使用教程
Input & Controls .DATA
.alter .param Load=5k
.end
大学-HSPICE使用教程
Input & Controls Naming Conventions
Node and Element Identification
第四讲HSPICE
一般格式：
名称 节点 <模型名称> <parameter(温度，初始值…)>
无源元件的描述(R、C、L、K、T)
R(C,L,K,T) n1 n2 value <TC=TC1,TC2> <IC=?
有源元件的描述
D(Q,J,M) n1 n2 (n3) mname <parameter>
parameter：几何参数，初始值的设定，温度设定
Vs 1V
+ VBB=0.87V -
RC=2k 2
+ -
RB=10k 3 1
5 4 Q1，Q2N222 +
-VCC=10V来自0一个简单的晶体管放大电路
9
信号与系统
举例2
例2：晶体管放大电路的等效电路。请写出本电路的网表(不写命令 行，用…省略)。
2 Vs 1V
+ -
RB=10k
3
Cbc=2u
4
gm*Vbe rbe=1e6 Cbe=1n
Q1 4 3
0 Q2N222
0
Commands… .end
一个简单的晶体管放大电路
13
信号与系统
举例2(续)
Small signal equivalent circuit VS 2 0 AC 1
2 Vs 1V
+ -
*VCCS with a gain gm=1 Gb 4 0 3 0 1
RB=10k
3
+ -
+ V0=EV1 NC-
+ V1 -
I0=GV1
N电压控制电压源(E) N+ I1
N电压控制电流源 (G)
名称 节点 <模型名称> <parameter(温度，初始值…)>
无源元件的描述(R、C、L、K、T)
R(C,L,K,T) n1 n2 value <TC=TC1,TC2> <IC=?
有源元件的描述
D(Q,J,M) n1 n2 (n3) mname <parameter>
parameter：几何参数，初始值的设定，温度设定
Vs 1V
+ VBB=0.87V -
RC=2k 2
+ -
RB=10k 3 1
5 4 Q1，Q2N222 +
-VCC=10V来自0一个简单的晶体管放大电路
9
信号与系统
举例2
例2：晶体管放大电路的等效电路。请写出本电路的网表(不写命令 行，用…省略)。
2 Vs 1V
+ -
RB=10k
3
Cbc=2u
4
gm*Vbe rbe=1e6 Cbe=1n
Q1 4 3
0 Q2N222
0
Commands… .end
一个简单的晶体管放大电路
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信号与系统
举例2(续)
Small signal equivalent circuit VS 2 0 AC 1
2 Vs 1V
+ -
*VCCS with a gain gm=1 Gb 4 0 3 0 1
RB=10k
3
+ -
+ V0=EV1 NC-
+ V1 -
I0=GV1
N电压控制电压源(E) N+ I1
N电压控制电流源 (G)
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学习交流PPT
15
在测量语句中使用表达式
• 格式 .MEASURE 参数名 param=‘表达式’
如: .MEASURE tpd param=‘(tpdr+tpdf)/2’
学习交流PPT
16
反相器动态参数定义
• 上升延迟 从输入下降到50%VDD到输出上升到50%VDD的时 间
• 下降延迟 • 平均延迟 • 上升时间 10%-90% • 下降时间
• .MEASURE TRAN tdly +TRIG V(IN) VAL=2.5 RISE=2 +TARG V(OUT) VAL=2.5 FALL=2
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13
CMOS反相器延迟时间的测量
• 写出电路网表 • 在MOS管参数中增加源\漏面积和周长
在MOS管语句后加AS=? AD=? PS=? PD=? EG: M1 nd ng ns nb mx w=wx l=lx +as='wx*dx' ad='wx*dx' ps='2*(wx+dx)'
学习
• .meas 分析类型 结果变量 + find 变量1 when 变量2=值 到达方式 例：测量反相器的输入为1/2VDD时的输出，可写 .meas dc yvt find v(y) when v(a)=“0.5*SUP”
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9
TRIG TARG 格式
例如: TRIG V(1) VAL=2.5 RISE=1 表示 ‘从节点1的电压第一次以上升方式达到2.5V 开始’
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11
测量终止点的确定
• TARG (target)的语法 TARG 目标变量 VAL=终止值 <CROSS=c> <RISE=r> <FALL=f>
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12
延迟时间的测量
利用基本测量值和用户定义的表达式可以实现复杂的电路 特征测量。
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2
.MEASURE语句格式
基本格式 • .meas when 格式 • .meas find when 格式 • .meas trig targ 格式
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3
测量语句的本质
• 测量语句的作用是根据输出波形计算电路的某个 特征值，计算过程与人工测量相似。
• When 格式的测量结果总是输出波形横轴表示的变 量，如果当前分析为瞬态，则结果为时间，如果 是AC，则结果为频率，如果是DC，结果取决于扫 描变量。
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7
When 格式的例子
• 测量一个反相器当输出电压为电源电压的一半时 对应的输入电压值。
.meas dc vt when y=“0.5*vdd” fall=1
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19
平均功耗测量
• .MEASURE pwr AVG P(V1) FROM=0ns TO=10ns
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20
也可以是i(nx)，取决于波形纵坐标。 • 到达方式 描述输出以何种方式到达需要的值，具
体描述方法见下一页。
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5
输出到达方式的描述
• rise=n 第n次 上升方式 • fall=n 第n次 上升方式 • cross=n 第n次 穿过 • from=起点 to= 终点
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6
WHEN 格式的测量结果
• 使用测量语句首先要保证有“好的输出波形”，即所 需要的测量结果是便于目测的，如果人无法测量， 软件也无法测量。
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4
.MEAS WHEN 格式
• .meas 分析类型 结果变量 when 条件 • 分析类型 DC/AC/TRAN • 结果变量 用户定义 保存测量结果 • 条件 v(nx)=值 到达方式
pd='2*(wx+dx)'
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14
公式使用方法
• 在参数定义中使用公式 .PARAM area =‘W * L’
.PARAM lamta=0.3u .PARAM WN=‘5*lamta’ .PARAM LX=‘2*lamta’ .PARAM AXN=‘WN*WN’ .PARAM PXN=’20*lamta’
HSPICE中的测量语句
集成电路CAD(6)
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1
测量语句.MEASURE的功能
HSPICE中的测量语句为.MEASURE，可简写为.MEAS。测量 语句可以用于DC,AC或瞬态分析,常用基本测量内容包括 • 传播延迟
上升,下降延迟时间等。 • 特征值
平均值,均方根,最小,最大,峰-峰值等。
.MEASURE <DC|AC|TRAN> result TRIG… +TARG… 这里result是保存测量结果的参数 TRIG是用于确定测量事件起始条件的关键字 TARG是用于确定测量事件终止条件的关键字
学习交流PPT
10
测量起条件的确定
• TRIG (trigger)的语法 TRIG 触发变量 VAL=触发值 +<cross=c> <RISE=r> <FALL=f>
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17
平均值\最小\最大值测量
• 格式 .MEASURE 分析类型 参数名 测量类型 FROM=起点 TO=终点
例: .MEASURE TRAN maxval MAX V(N1) FROM=10N TO=20N
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18
常用测量类型
• 平均值 AVG • 最大值 MAX • 最小值 MIN • 峰-峰值 PP • 积分 INTEG