电子电路大全(PDF格式)-第55部分
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为eyediag。sp；标题为：*Eye Diagrams；输出报告文件：eyediag。lis。
②运行模拟，完成后检查输出报告文件后缀。lis文件察看模拟结果。
③ 运行AvanWave查看输出波形。
以下我们通过几个例子了解Hspice的网表文件格式，以及如何进行仿真。
（1）简单 RC 网络电路 AC 分析
如图所示为一个有DC和AC源的简单的RC网络。电路包含两个电阻，R1 和R2，电容C1
和电源V1。节点 1 接在电源正端和R1 之间。节点 2 处R1、R2 和C1 连在一起。Hspice 接地
端总是节点 0。
它的网表文件如下，文件名为quickAC。sp
A SIMPLE AC RUN
。OPTIONS 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
注释：
第一行A SIMPLE AC RUN 为标题行；
第二行。OPTIONS LIST NODE POST 为可选项设置，LIST 打印出元件总结列表；NODE
打印出元件节点表（element node table）；POST 表示用何种格式储存模拟后的数据，以
便与其它工具接口。
第三行。OP 计算直流工作点。
第四行。AC DEC 10 1K 1MEG （指从 1K到 1MEGHZ范围，每个数量级取 10 点，交流小信
号分析）
第五行。PRINT AC V（1） V（2） I（R2） I（C1） 打印交流分析类型的节点 1，2 的电压，
以及R2，C1 的电流
第六行V1 1 0 10 AC 1 表示节点 1 与 0 间，加直流电压 10v 和幅值为 1v 的交流电
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压。
第七至九行为电路描述语句。
第十行为结束语句。
接下去的程序是执行此RC网络电路的AC分析，如下的新文件出现在你的运行目录下：
quickAC。ac0
quickAC。ic
quickAC。lis
quickAC。st0。
使用一个编辑器去看。lis和。st0 文件以检查仿真的结果和状态。
运行AvantWaves并且打开。sp文件。从结果浏览器窗口中选择quickAC。ac0 文件以观察
波形。显示节点 2 的电压，在x轴使用一个对数刻度。图 1－3：显示了 2 节点输入频率自
1KHz至 1MHz变化时扫描响应所产生的波形。
图 1…3 RC 网络节点 2 的频率响应
quickAC。lis显示了输入网表，详细组成和拓扑图，工作点（operating point）信息和
当输入至 1KHz至 1MHz变动时的请求表。quickAC。ic和quickAC。st0 分别包含一些直流工作
点信息和Star…Hspice的运行状态信息。工作点情况可以用作后面的使用。LOAD语句的仿真
运行。
RC 网络的瞬态分析
使用同一个RC网络运行瞬态分析，但是增加了一个脉冲源到DC和AC源。
①输入如下相当的网表到一个名叫quickTRAN。sp的文件中。
A SIMPLE TRANSIENT RUN
。OPTIONS LIST NODE POST
。OP
。TRAN 10N 2U
。PRINT TRAN V（1） V（2） I（R2） I（C1）
V1 1 0 10 AC 1 PULSE 0 5 10N 20N 20N 500N 2U
R1 1 2 1K
R2 2 0 1K
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C1 2 0 。001U
。END
注释：
V1 源规范增加了一个脉冲源。
②运行Star…Hspice。
③使用编辑器去看。lis文件和st0 文件以检查仿真的结果和状态。
④运行AvantWaves并且打开。sp文件。从结果浏览器窗口中选择quickTRAN。tr0 文件以
观察波形。在x轴显示节点 1 和 2 的电压。
图 1…4：RC 网络节点 1 和节点 2 电压
（2）反相器电路
它的网表文件如下，文件名为inv。sp
Inverter Circuit
。OPTIONS 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
注释：第三行。TRAN 200P 20N 表示瞬态分析步长为 200ps，时间为 20ns
第四行。PRINT TRAN V（IN） V（OUT）表示打印节点in，out 电压瞬态分析值
第五，六，九行为电路连接关系描述语句。
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第七行VCC VCC 0 5 表示在节点VCC，0 之间加 5v直流电压。
第八行VIN IN 0 0 PULSE 。2 4。8 2N 1N 1N 5N 20N表示在节点IN，0 之间加一个脉冲
源，低电平 0。2v，高电平 4。8v，延时 2ns，上升沿 1ns，下降沿 1ns，脉冲宽度 5ns，周期
20ns
第九，十行为模型语句，表示模型名PCH，管子类型为PMOS，使用的是一级模型。
对倒相器电路仿真的步骤类似于前面，这里仅列出输出波形供参考：
（3）D 触发器电路
网表文件如下，文件名为dff。sp（无模型支持，仅做参考）：
* Project DFF
。OPTIONS LIST NODE POST
。include 〃e：model35model。txt〃
* Definition for project INVERTER
。SUBCKT INVERTER IN OUT
M2 OUT IN 0 0 NSS L=0。35U W=1。2U
M1 VDD IN OUT VDD PSS L=0。35U W=2。4U
* CROSS…REFERENCE 1
* GND = 0
。ENDS
* Definition for project TRANSFER
。SUBCKT TRANSFER IN OUT CLKF CLK
M1 OUT CLKF IN VDD PSS L=0。35U W=1。2U
M2 IN CLK OUT 0 NSS L=0。35U W=1。2U
* CROSS…REFERENCE 1
* GND = 0
。ENDS
X1I1 N1N19 N1N21 INVERTER
X1I2 N1N21 N1N16 CLK N1N10 TRANSFER
X1I3 N1N16 N1N19 INVERTER
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X1I4 CLK N1N10 INVERTER
X1I5 Q N1N29 INVERTER
X1I6 QF Q INVERTER
X1I7 N1N29 QF N1N10 CLK TRANSFER
X1I8 D N1N16 N1N10 CLK TRANSFER
X1I9 N1N19 QF CLK N1N10 TRANSFER
* DICTIONARY 1
* GND = 0
。GLOBAL VDD
vin D 0 PULSE 。2 2。8v 2N 1N 1N 20N 50N
vdd VDD 0 3v
Vclk clk 0 0 PULSE 。2 2。8v 2N 1N 1N 5N 20N
。tran 1ns 200n
。END
注释：
①。OPTIONS LIST NODE POST 为可选项设置
②。include 〃e：model35model。txt〃表示加入 0。35um工艺库文件，注意一定要指定
工艺库文件，否则Hspice无法仿真。另外，库路径一定要指定正确，否则会找不到库文件。
③ vin D 0 PULSE 。2 2。8v 2N 1N 1N 20N 50N
vdd VDD 0 3v
Vclk clk 0 0 PULSE 。2 2。8v 2N 1N 1N 5N 20N
上述为加入的输入激励和电压源语句。
④ 。tran 1ns 200n
指定瞬态分析 200ns，分析步长 1ns
运行Hspice仿真。
1。11 SPICE 做电路仿真时容易出现的错误
①SPICE网表中第一行必须是注释行，在网表文件中的第一行会被SPICE忽略。
②1 兆欧一定要写成 1MEG，而不是 1M、1m或者是 1 MEG （数字和MEG之间不要有空格）。
③1 法拉应写成 1，而不是 1f或者 1F。1F表示 10…15 法拉。
④MOSFET源区和漏区的面积在大多数情况下写成pm2 的形式。宽长分别为 6um和 8um的
区域的面积应写为 48 pm2 或者 4E…12。
⑤电压源的名字以字母V打头，电流源的名字以字母I打头。
⑥瞬态分析结果是以时间为轴，即X轴为时间。如果本来是正弦波，看着却像三角波，
或者曲线看着不平滑。这是因为没有设置好打印数据点的数目，或者给出的打印步长太大
了。例如：想在SPICE中得到一个 1khZ的正弦波形，最大打印步长应该设为 10u（10 微秒）
⑦当显示AC仿真结果时，X轴是频率，指针显示的是电压（或电流）的幅值或相位。例
如：指针显示“voltage drop at a node”时，它会把此节点电压的实部和虚部加起来，
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显示一个毫无意义的结果。不同仿真软件的指针的作用也不同。有些仿真软件的功能很强
大，可以在完成AC仿真后进入幅度模式。
⑧MOSFET的长和宽应使用字母“u”来代表微米。常见的错误是忘记写这个字母。例如：
一种工艺允许的MOSFET最小尺寸为L=2u，W＝3u，而不是L=2，W＝3。或者意味着一个 2 米
长、3 米宽的MOSFET。
⑨通常PMOS管的“体”接到VDD，NMOS管的“体”接到VSS。例如：N阱工艺，所有的NMOS
管的“体”必须接到VSS。这个错误在SPICE网表中很容易查出。
⑩DC扫描中的收敛问题可以通过改变电压的边界值来解决。比如：电路从 0 到 5V进行
扫描可能不收敛，但是从 0。1V到 4。9V进行扫描就可能会收敛。
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第 2 章 CMOS 工艺 SPICE 模型测试
1。1 SPICE 模型简介
图 2…1 传统 NMOS 剖面图 图 2…2 NMOS 管的 I…V 曲线
（1）CMOS 管的强反型区
当MOS器件的栅…源电压大于阈值电压时，称之为强反型状态。当V 》V …V 时，器
DS GS T
件进入饱和区，这里 V 和 V 分别指MOS管漏源电压和阈值电压，V 指MOS管的栅…源电压。
DS T GS
事实上，在MOS运算放大器设计中，大部分的MOS器件都是工作在饱和状态，因为对于给定
的漏级电流和器件尺寸来说，工作在饱和区可以提供稳定的电流和比较大的电压增益。在
饱和区，MOS器件的漏级电流I 和栅…源电压 V 的关系由下式决定：
D GS
μ C W （V …V ）2
I = n ox GS TH
DS
2L （2…1）
式中μ 为NMOS沟道中电子迁移率，Cox 为栅极氧化层单位面积电容量，W为沟道宽度，
n
L为沟道长度。
在模拟电路中，MOSFET的跨导 gm 是一个非常重要的参数。根据上式可求得MOSFET
在饱和区静态工作点处的小信号跨导：
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I W 2I
D D
μ
g = = C （V …V ） =
m n ox GS TH
