电子电路大全(PDF格式)-第53部分
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第 16 章 反相器电路原理图设计与仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 154
16。1 启动实验环境。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 154
16。2 开始一个新的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 154
16。3 设计反相器的电路原理图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 155
16。4 在电路原理图编辑器（Zeni Schematic Editor ）中完成仿真。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 163
第 17 章 反相器版图编辑。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 171
17。1 运行软件环境。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 171
17。2 设计反相器版图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 171
第 18 章 反相器版图验证与参数提取。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 195
18。1 Layout DRC版图设计规则检查 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 195
18。2 Layout LVS版图原理图对照 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 201
附录。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 209
III
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第一部分 基本微电子电路设计与仿真
第 1 章 HSPICE 仿真环境简介
1。1 HSPICE 基础知识
Hspice（现在属于 Synopsys 公司）是 IC 设计中最常使用的工业级电路仿真工具，用
以对电子电路的稳态、瞬态及频域的仿真和分析，可以精确的仿真、分析、优化从直流到
高于 100GHz 频率的微波电路。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。
本节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，配与实例，以便建立 IC 设计的基本概念。在最后还将对 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。1 Hspice 所使用的单位
单位缩写 含义
F （f ） 1e…15
P （p ） 1e…12
N （n ） 1e…09
U （u ） 1e…06
M （m ） 1e…03
K （k ） 1e＋03
Meg （meg ） 1e＋06
G （g ） 1e＋09
T （t ） 1e＋12
DB （db ） 20log10
注：Hspice 单位不区分大小写
1。2 输入网表文件
输入网表（Netlist ）文件主要由以下几部分组成：
1
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1。3 电路元器件及模型描述
TITLE
（1）电路元器件
。INCLUDE
Hspice 要求电路元器件名称必须以规定的字
。LIB MACRO
母开头，其后可以是任意数字或字母。除了名称之
元件描述 外，还应指定该元器件所接节点编号和元件值。有
信号源描述 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
分析命令
器件（E，G）、传输线（T，U，W）等。这里值得注
测量命令
意的是MOS、JFET和MESFET的L和W的scale是m，而不
。ALTER 是um。
。END ①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。
②二极管描述语句如下：
DXXXX N＋ NMNAME
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是直流分析所加的初始条件，IC=VD 是瞬态分析的初始条件。
③双极型晶体管
QXXXX NC NB NE MNAME
Q 为元件名称，NC NB NE 分别是集电极、基极、发射极和衬底的节点。缺省时，
NS 结地。后面可选项与二极管的意义相同。
④结型场效应晶体管
JXXXX ND NG NS MNAME
J为元件名称，ND NG NS为漏、栅、源的节点，MNAME 是模型名 ，后面为可选项与二
极管的意义相同。
⑤MOS 场效应晶体管
MXXXX ND NG NS NB MNAME
M为元件名称，ND，NG，NS，NB 分别是漏、栅、源和衬底节点。MNAME 是模型名，L
沟道长，M为沟道宽。
（2）元器件模型
许多元器件都需用模型语句来定义其参数值。模型语句不同于元器件描述语句，它是
以“。”开头的点语句，由关键字。MODEL模型名称，模型类型和一组参数组成。电阻、电容、
2
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二极管、MOS 管、双极管都可设置模型语句。这里我们仅介绍MOS 管的模型语句，其他的
可参考Hspice帮助手册。
MOS 场效应晶体管是集成电路中常用的器件，在Hspice 有 20 余种模型，模型参数有
40――60 个，大多是工艺参数。例如一种MOS 模型如下：
。MODEL NSS NMOS LEVEL=3 RSH=0 TOX=275E…10 LD=。1E…6 XJ=。14E…6
＋ CJ=1。6E…4 CJSW=1。8E…10 UO=550 VTO=1。022 CGSO=1。3E…10
＋ CGDO=1。3E…10 NSUB=4E15 NFS=1E10
＋ VMAX=12E4 PB=。7 MJ=。5 MJSW=。3 THETA=。06 KAPPA=。4 ETA=。14
。MODEL PSS PMOS LEVEL=3 RSH=0 TOX=275E…10 LD=。3E…6 XJ=。42E…6
＋ CJ=7。7E…4 CJSW=5。4E…10 UO=180 VTO=…1。046 CGSO=4E…10
＋ CGDO=4E…10 TPG=…1 NSUB=7E15 NFS=1E10
＋ VMAX=12E4 PB=。7 MJ=。5 MJSW=。3 ETA=。06 THETA=。03 KAPPA=。4
上面：。MODEL为模型定义关键字。NSS 为模型名，NMOS为模型类型，LEVEL=3 表示半经
验短沟道模型，后面RSH=0 等等为工艺参数。
（3）电路的输入激励和源
Hspice中的激励源分为独立源和受控源两种，这里我们仅简单介绍独立源。独立源有
独立电压源和独立电流源两种，分别用V 和I 表示。他们又分为直流源，交流小信号源和
瞬态源，可以组合在一起使用。
①直流源
VXXXX N＋ NDC VALUE
IXXXX N＋ NDC VALUE
例如：VCC 1 0 DC 5v （表示节点 1，0 间加电压 5v）
②交流小信号源
VXXXX N＋ NAC
IXXXX N＋ NAC
其中，ACMAG 和ACPHASE 分别表示交流小信号源的幅度和相位。
例如：V1 1 0 AC 1v （表示节点 1，0 间加交流电压幅值 1v，相位 0）
③ 瞬态源
瞬态源有几种，以下我们均只以电压源为例，电流源类似：
* 脉冲源（又叫周期源）
VXXXX N＋ NPULSE（V1 V2 TD TR TF PW PER）
V1 初始值，V2 脉动值，TD 延时，TR 上升时间，TF下降时间，PW脉冲宽度，PER 周
期
例如：V1 5 0 PULSE（0 1 2NS 4Ns 4Ns 20NS 50NS）
* 正弦源
VXXXX N＋ NSIN（V0 VA FREQ TD THETA PHASE）
V0：偏置，VA：幅度，FREQ： 频率 ，TD ：延迟，THETA： 阻尼因子，PHASE：相位
* 指数源
3
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VXXXX N＋ NEXP（V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2）
V1 初始值，V2 中止值，TD1 上升延时，TAU1 上升时间常数，TD2 下降延时，TAU2 下降
时间常数
例如：V1 3 0 EXP（0 2 2ns 30ns 60ns 40ns）
* 分段线性源
VXXXX N＋ NPWL（T1 V1 ）
其中每对值（T1，V1）确定了时间t＝T1 是分段线性源的值V1。
例如：Vpwl 3 0 PWL（0 1，10ns 1。5）
（4）子电路
①。 采用。GLOBAL设置全局节点：
。GLOBAL node1 node2 node3…
②．* 子电路语句
。SUBCKT SUBNAM N1《 N2 。。。》
子电路的定义由。SUBCKT 语句开始。SUBNAM是子电路名，N1《 N2 。。。》是外部节点号
* 终止语句
。ENDS （表示结束子电路定义）
* 子电路调用语句
XYYYY N1《 N2 。。。》 SUBNAM
在Spice中调用子电路的方法是设定以字母X 开头的伪元件名，其后是用来连接到子电
路上的节点号，在后面是子电路名。
例如：。SUBCKT OPAMP 1 2 3 4
具体运放电路描述
。ENDS
Xop 1 2 3 4 OPAMP （调用该运放子电路）
1。4 电路的分析类型描述语句
分析类型描述语句由定义电路分析类型的描述语句和一些控制语句组成，如直流分析
（。OP），瞬态分析（。TRAN）等分析语句，以及初始状态设置（。IC），选择项设置（。OPTIONS）
等控制语句。它的位置可在标题语句和结束语句之间的任何地方。
（1）直流分析：
对DC、AC和TRAN分析将自动进行直流操作点（DC OP）的计算，但。TRAN UIC将直接设
置初始条件，不进行DC OP的计算。
直流分析包含以下五种语句：
。
