Synopsys-實(shí)驗(yàn)系列12-高速模擬電路設(shè)計(jì)與驗(yàn)證-Hspice

Synopsys實(shí)驗(yàn)系列12_

高速模擬電路設(shè)計(jì)與驗(yàn)_Hspice流程包括背景資料網(wǎng)表介紹元器件描述簡單功能介紹高級(jí)功能介紹〔.measure與.alter〕實(shí)例演示與上機(jī)〔Lab1-5〕背景資料Avant!

Start-Hspice〔現(xiàn)在屬于Synopsys公司〕是IC設(shè)計(jì)中最常使用的電路仿真軟件，是目前業(yè)界使用最為廣泛的IC設(shè)計(jì)工具，甚至可以說是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。目前，一般書籍都采用Level

2的MOS

Model進(jìn)行計(jì)算和估算，與晶圓廠經(jīng)常提供的Level

49等庫不同，而以上Model要更加復(fù)雜。因此設(shè)計(jì)者一定要使用電路仿真軟件Hspice、Spectre等工具進(jìn)行仿真，以便得到精確的結(jié)果。背景資料SPICEMeansSimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis集成電路專用模擬程序背景資料Star-Hspice有著無與倫比的優(yōu)勢用于快速精確的電路和行為仿真。它使電路級(jí)性能分析變得容易，并且生成可利用的MonteCarlo、最壞情況、參數(shù)掃描〔sweep〕，數(shù)據(jù)表掃描分析，而且還使用了最可靠的自動(dòng)收斂特性。Star-Hspice是組成全套Avant！工具的根底，并且為那些需要精確的邏輯校驗(yàn)和電路模型庫的實(shí)際晶體管特性效勞。背景資料Star-Hspice能提供設(shè)計(jì)規(guī)格要求的最大可能的準(zhǔn)確度。Star-HSPICE的功能包含電路階層之交、直流及暫態(tài)分析，溫度特性分析，噪聲分析，功耗、各種電路參數(shù)等可擴(kuò)展的性能分析Hspice流程用Hspice分析一個(gè)電路，首先要做到以下三點(diǎn)：

〔1〕給定電路的結(jié)構(gòu)〔也就是電路連接關(guān)系〕和元器件參數(shù)〔指定元器件的參數(shù)庫〕；

〔2〕確定分析電路特性所需的分析內(nèi)容和分析類型〔也就是參加鼓勵(lì)源和設(shè)置分析類型〕；

〔3〕定義電路的輸出信息和變量。MetaLibCDFSymbolLibrarySchematicHspiceNetlistHspice流程N(yùn)etlisterHspiceSimulationWaveDataAnalysisParameterChanges前端功能后處理Hspice運(yùn)行Hspice的運(yùn)行：使用命令行模式無圖形化界面〔Windows下面有〕Hspice運(yùn)行Hspice命令$hspice<input_netlist.sp>><output_file.lis>可使用提示行模式$hspiceHspice運(yùn)行輸入輸出Star-HspiceInput

Inputnetlist .spModel/libraries .inc,.libStar-HspiceOutput

Runstatus .st0Outputlisting .lisAnalysisdata,transient .tr#(e.g..tr0)Analysisdata,dc .sw#(e.g..sw0)Analysisdata,ac .ac#(e.g..ac0)Measureoutput .m*#(e.g..mt0)

AvanWavesInput(Linux下不支持AvanWaves)Allanalysisdatafiles InputnetlistfileACanalysisresults(from.POST)OperatingpointnodevoltagesOutputlistingOutputstatusHspice運(yùn)行網(wǎng)表介紹網(wǎng)表文件結(jié)構(gòu)Title FirstlineisalwaysthetitleComments$ *-commentforaline

$-commentafteracommandOptions .optionpostlistsnodesandconditionsforsimulationPrint/Plot/Analysis .printv(d)i(rl)

.plotv(g)

.tran.1n5nInitialConditions .icv(b)=0$inputstateSources Vgg0pulse0100.150.150.42

$exampleofavoltagesourceCircuitDescription MNdggndnnmos

RLvddd1KModelLibraries .modelnnmoslevel=49

+vto=1tox=7n$+continuationcharacterEND .end$terminatesthesimulation

標(biāo)題注釋操作類型輸出/分析初始化環(huán)境輸入鼓勵(lì)電路描述單元庫結(jié)束提示網(wǎng)表-元器件無源器件R11210k(表示節(jié)點(diǎn)1與2間有電阻R1,阻值為10k歐)

C1121pf(表示節(jié)點(diǎn)1與2間有電容C1,電容值為1pf)

L1121mh(表示節(jié)點(diǎn)1與2間有電感L1,電感值為1mh)網(wǎng)表-元器件有源器件二極管

DXXXXN+N-MNAME<AREA><OFF><IC=VD>

D為元件名稱，N+和N-分別為二極管的正負(fù)節(jié)點(diǎn)，MNAME是模型名，后面為可選項(xiàng)：AREA是面積因子，OFF是直流分析所加的初始條件，IC=VD是瞬態(tài)分析的初始條件。

雙極型晶體管

QXXXXNCNBNE<NS>MNAME<AREA><OFF><IC=VBE,VCE>

Q為元件名稱，NCNBNE<NS>分別是集電極，基極，發(fā)射極和襯底的節(jié)點(diǎn)。缺省時(shí)，NS接地。后面可選項(xiàng)與二極管的意義相同。

網(wǎng)表-元器件結(jié)型場效應(yīng)晶體管

JXXXXNDNGNSMNAME<AREA><OFF><IC=VDS,VGS>

J為元件名稱，NDNGNS為漏，柵，源的節(jié)點(diǎn)。MOS場效應(yīng)晶體管

MXXXXNDNGNSNBMNAME<L=VAL><W=VAL>

M為元件名稱，ND,NG,NS,NB分別是漏，柵，源和襯底節(jié)點(diǎn)。L溝道長，M為溝道寬網(wǎng)表-元器件InstanceandElementNames:CDE,F,G,HIJKLMQRO,T,UVXCapacitorDiodeDependentSourcesCurrentJFETorMESFETMutualInductorInductorMOSFETBJTResistorTransmissionLineVoltageSourceSubcircuitCall輸入鼓勵(lì)Hspice中的鼓勵(lì)源分為獨(dú)立源和受控源兩種，這里我們僅簡單介紹獨(dú)立源。1.

直流源〔DC〕：電壓源Vxxx

n+

n-

dcval電流源

Ixxx

n+

n-

dcval2.

交流源〔AC〕：Vxxx

n+

n-

AC=acmag,acphase3.

瞬態(tài)源〔隨時(shí)間變化〕：脈沖源：pulse

v1

v2

td

tr

tf

pw

per線性源：pwl

t1

v1

<t2

v2

t3

v3…>正弦源：sin

vo

va

freq

td

damping

phasedelay分析類型1.直流分析：對DC、AC和TRAN分析將自動(dòng)進(jìn)行直流操作點(diǎn)〔DC

OP〕的計(jì)算，但.TRAN

UIC將直接設(shè)置初始條件，不進(jìn)行DC

OP的計(jì)算。.DC

var1

start1

stop1

inc1<

sweep

var2

type

np

start2

stop2>直流分析包含以下五種語句：.DC：直流掃描分析；.OP：直流操作點(diǎn)分析；.PZ：Pole/Zero分析；.SENS：直流小信號(hào)敏感度分析；.TF：直流小信號(hào)傳輸函數(shù)分析。分析類型2.交流分析：交流分析是指輸出變量作為頻率的函數(shù)。.AC

var1

start1

stop1

inc1

<sweep

var2

type

np

start2

stop2>交流分析包括以下四種語句：.NOISE：噪聲分析；.DISTO：失真分析；.NET：網(wǎng)絡(luò)分析；.SAMPLE：采樣噪聲分析。3.瞬態(tài)分析：瞬態(tài)分析是指計(jì)算的電路結(jié)果作為時(shí)間的函數(shù)。.TRAN

tinc1

tstop1

tinc2

tstop2…

START=..

UIC

SWEEP...OPTION語句.options語句格式：.optionsopt1opt2opt3…opt=x一般在每個(gè)仿真文件中設(shè)置options為.optionsacctlistpost，也可以設(shè)置為.optionsnodeopts其中.optionlist表示將器件網(wǎng)表、節(jié)點(diǎn)連接方式等輸入到列表文件，用于debug與電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)的問題，.optionnode表示將輸出節(jié)點(diǎn)連接表到列表文件，用于debug與由于電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引起的不收斂問題，.optionacct表示在列表文件中輸出運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)和仿真效率，.optionpost表示保存輸出波形。Lab1Lab1一個(gè)簡單例子*lab1anexample.optionslistnodepost.op.acdec101k1meg.printacv(1)v(2)i(r2)i(c1)v11010ac1r1121kr2201kc120.001u.endLab1titleOption控制直流操作點(diǎn)分析交流分析輸出〔類型、節(jié)點(diǎn)〕器件與連線結(jié)束Lab1Lab1Lab1Lab1輸出輸出命令包括：.PRINT、.PLOT、.GRAPH、.PROBE和.MEASURE。.PLOTantypeov1<ov2...><plo1,phi1...plo32,phi32>.PROBEantypeov1<ov2...ov32>.PRINTantypeov1<ov2...ov32>輸出.print:在輸出的list文件中打印數(shù)字的分析結(jié)果。.plot:在輸出的list文件中打印低分辨率的曲線〔由ASCII字符組成〕.graph:生成高分辨率的曲線.probe:輸出波形〔曲線〕文件.measure:輸出用戶定義的分析結(jié)果到mt0文件.op,.tf,.noise,.sens和.four都提供直接輸出功能.model語句.model模型參數(shù)設(shè)置許多元器件都需用模型語句來定義其參數(shù)值。模型語句不同于元器件描述語句，它是以“.”開頭的點(diǎn)語句，由關(guān)鍵字.MODEL,模型名稱，模型類型和一組參數(shù)組成。電阻，電容，二極管，MOS管，雙極管都可設(shè)置模型語句。Lab2*lab2-diodesweep.optionslistnodepost.op.dcdv800m1.005.printdcv(1)i(d1).modeldfd+is=2.6615e-16+rs=0.01v110dvd110df.endLab2.lis文件中有如下語句二極管電流波形.GLOBAL與.SUBCKT語句全局變量與子電路：1.

采用.GLOBAL設(shè)置全局節(jié)點(diǎn)：.GLOBAL

node1

node2

node3…2.

子電路語句.SUBCKT：.SUBCKTSUBNAMN1<N2。。。>

子電路的定義由.SUBCKT語句開始。SUBNAM是子電路名，N1<N2。。。>是外部節(jié)點(diǎn)號(hào)

.ENDS(表示結(jié)束子電路定義)…Lab3*lab3-5stagedriver.optionslistnodepost.modelpchpmos.modelnchnmos.tran1n10n.printtranv(1)v(6)i(vcc).globalvccvccvcc05vin102.5pulse.24.82n1n1n5n20nxinv112invxinv223invxinv334invxinv445invxinv556invcd1601.75f.subcktinvinoutm1outinvccvccpchl=1uw=20um2outin00nchl=1uw=20u.endsinv.endLab3Lab3.MEASURE語句MEASURESevenfundamentalmeasurementmodes:Rise,Fall,Delay上升沿，下降沿，延時(shí)Average,Min,Max,andPeak-to-Peak平均值，最大最小值，峰峰值Find-When特定條件值EquationEvaluation方程值DerivativeEvaluation微分值IntegralEvaluation積分值RelativeError相對誤差MEASURE:Rise/Fall語法.MEASURE<DC|TRAN|AC>resultTRIGTARG<optimizationoptions>result-namegiventhemeasuredvalueintheHSPICEoutput. TRIGtrig_varVAL=trig_val<TD=timedelay><CROSS=#of><RISE=#of>

+<FALL=#of> TRIGAT=value TARGtarg_varVAL=targ_val<TD=timedelay><CROSS=#of|LAST><RISE=#of|LAST>

+<FALLS=#of|LAST>Example:.MEASTRANTDELAYTRIGV(1)VAL=2.5TD=10nsRISE=2+TARGV(2)VAL=2.5FALL=2.measure語句.measure是一個(gè)后處理的工具，需要在引入分析之后才能夠得出結(jié)果。Lab4介紹Thecircuittobeanalyzedisastandardcmosinverter.Whatthe.measurestatementwilldoismeasurethepropagationdelayfromvin=2.5vonthesecondrisingedge,theoutputat2.5vonitssecondfallingedge.Lab4lab4-themeasurestatement.tran100p200n.optionslistnodepostmeasout.paramtdval=5ntstop=200n.meastrantdelaytrigv(1)val=2.5td=tdvalrise=2+targv(2)val=2.5fall=2.meastranvmaxmaxv(2)from=tdvalto=tstop.modelpchpmos.modelnchnmos.printtranv(1)v(2)vccvcc05vin102.5pulse.24.810n5n5n35n100nm1vcc12vccpchl=1uw=20um22100nchl=1uw=10uc1202p.endLab4Lab4Alter語句.ALTERStatement:DescriptionRerunaSimulationSeveralTimeswithDifferentCircuitTopologyModelsElementsStatementParameterValuesOptionsAnalysisVariables,