集成電路器件及模型

集成電路器件及模型上次課：第六章MOS場(chǎng)效應(yīng)管的特性§1.MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理§2.MOSFET的寄生電容§3.MOSFET的其它特性3.1噪聲3.2溫度3.3體效應(yīng)§4.MOSFET尺寸按比例縮小§5.MOSFET的二階效應(yīng)第2頁,共96頁，2024年2月25日，星期天第七章集成電路器件及SPICE模型§1.無源器件結(jié)構(gòu)及模型§2.二極管電流方程及模型§3.三極管電流方程及模型§4.MOS管電流方程及模型§5.Spice仿真流程及方法第3頁,共96頁，2024年2月25日，星期天引言集成電路可以認(rèn)為是由元器件組成的。元器件可以分為兩大類：△無源器件

△有源器件

■無源元件包括電阻、電容、電感、互連線、傳輸線等。■有源元件包括二極管、三極管、CMOS管等各類晶體管第4頁,共96頁，2024年2月25日，星期天器件物理模型器件物理模型是從半導(dǎo)體基本方程出發(fā)，對(duì)器件的參數(shù)做一定的近似假設(shè)，而得到的有解析表達(dá)式的數(shù)學(xué)模型。第5頁,共96頁，2024年2月25日，星期天器件等效電路模型器件等效電路模型在特定的工作條件下，把器件的物理模型用一組理想元件代替，用這些理想元件的支路方程表示器件的物理模型。器件在不同的工作條件下將有不同的等效電路模型。例如直流模型、交流小信號(hào)模型、交流大信號(hào)模型、瞬態(tài)模型等是各不相同的。第6頁,共96頁，2024年2月25日，星期天§7.1

無源器件結(jié)構(gòu)及模型互連線電阻電容電感分布參數(shù)元件第7頁,共96頁，2024年2月25日，星期天互連線互連線是各種分立和集成電路的基本元件。互連線的版圖設(shè)計(jì)是集成電路設(shè)計(jì)中的基本任務(wù)，在專門門陣列設(shè)計(jì)電路中甚至是唯一的任務(wù)。第8頁,共96頁，2024年2月25日，星期天互連線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)對(duì)于各種互連線設(shè)計(jì)，應(yīng)該注意以下方面：

為減少信號(hào)或電源引起的損耗及減少芯片面積，連線盡量短。

為提高集成度，在傳輸電流非常微弱時(shí)(如MOS柵極)，大多數(shù)互連線應(yīng)以制造工藝提供的最小寬度來布線。第9頁,共96頁，2024年2月25日，星期天互連線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)在連接線傳輸大電流時(shí)，應(yīng)估計(jì)其電流容量并保留足夠裕量。制造工藝提供的多層金屬能有效地提高集成度。在微波和毫米波范圍，應(yīng)注意互連線的趨膚效應(yīng)和寄生參數(shù)。某些情況下，可有目的地利用互連線的寄生效應(yīng)。第10頁,共96頁，2024年2月25日，星期天深亞微米階段的互連線技術(shù)CMOS工藝發(fā)展到深亞微米階段后，互連線的延遲已經(jīng)超過邏輯門的延遲，成為時(shí)序分析的重要組成部分。這時(shí)應(yīng)采用鏈狀RC網(wǎng)絡(luò)、RLC網(wǎng)絡(luò)或進(jìn)一步采用傳輸線來模擬互連線。為了保證模型的精確性和信號(hào)的完整性，需要對(duì)互連線的版圖結(jié)構(gòu)加以約束和進(jìn)行規(guī)整。第11頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電阻集成電路中的電阻分為：無源電阻通常是合金材料或采用摻雜半導(dǎo)體制作的電阻有源電阻將晶體管進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接和偏置，利用晶體管的不同的工作區(qū)所表現(xiàn)出來的不同的電阻特性來做電阻。第12頁,共96頁，2024年2月25日，星期天無源電阻合金薄膜電阻多晶硅薄膜電阻采用一些合金材料沉積在二氧化硅或其它介電材料表面，通過光刻形成電阻條。常用的合金材料有：（1）鉭（Ta）；（2）鎳鉻（Ni-Cr）；（3）氧化鋅SnO2；（4）鉻硅氧CrSiO。摻雜多晶硅薄膜也是一個(gè)很好的電阻材料，廣泛應(yīng)用于硅基集成電路的制造。第13頁,共96頁，2024年2月25日，星期天摻雜半導(dǎo)體電阻無源電阻不同摻雜濃度的半導(dǎo)體具有不同的電阻率，利用摻雜半導(dǎo)體的電阻特性，可以制造電路所需的電阻器。根據(jù)摻雜方式，可分為：離子注入電阻擴(kuò)散電阻對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行熱擴(kuò)散摻雜而構(gòu)成的電阻離子注入方式形成的電阻的阻值容易控制，精度較高。第14頁,共96頁，2024年2月25日，星期天無源電阻的幾何圖形設(shè)計(jì)常用的薄層電阻圖形第15頁,共96頁，2024年2月25日，星期天無源電阻圖形尺寸的計(jì)算方塊電阻的幾何圖形＝R□·

第16頁,共96頁，2024年2月25日，星期天材料最小值典型值最大值互連金屬0.050.070.1頂層金屬0.030.040.05多晶硅152030硅-金屬氧化物236擴(kuò)散層1025100硅氧化物擴(kuò)散2410N阱（或P阱）1k2k5k

0.5-1.0

mMOS工藝中作為導(dǎo)電層的典型的薄層電阻阻值單位:Ω/口第17頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電阻射頻等效電路芯片上的薄層電阻的射頻雙端口等效電路：襯底電位與分布電容：

第18頁,共96頁，2024年2月25日，星期天有源電阻有源電阻是指采用晶體管進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接并使其工作在一定的狀態(tài)，利用它的直流導(dǎo)通電阻和交流電阻作為電路中的電阻元件使用。雙極型晶體管和MOS晶體管可以擔(dān)當(dāng)有源電阻。第19頁,共96頁，2024年2月25日，星期天有源電阻MOS有源電阻及其I-V曲線直流電阻：交流電阻：Ron︱VGS=V＝第20頁,共96頁，2024年2月25日，星期天有源電阻有源電阻的幾種形式：飽和區(qū)的NMOS有源電阻示意圖：第21頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電容在集成電路中，有多種電容結(jié)構(gòu)：金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)多晶硅/金屬-絕緣體-多晶硅結(jié)構(gòu)金屬叉指結(jié)構(gòu)利用二極管和三極管的結(jié)電容

MOS電容第22頁,共96頁，2024年2月25日，星期天MIM電容制作在砷化鎵半絕緣襯底上的MIM電容結(jié)構(gòu)：考慮溫度系數(shù)時(shí)，電容的計(jì)算式為：第23頁,共96頁，2024年2月25日，星期天MIM電容電容模型等效電路：固有的自頻率：第24頁,共96頁，2024年2月25日，星期天金屬叉指結(jié)構(gòu)電容第25頁,共96頁，2024年2月25日，星期天MOS結(jié)構(gòu)電容平板電容和PN結(jié)電容都不相同，MOS核心部分，即金屬-氧化物-半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的電容具有獨(dú)特的性質(zhì)。它的電容-電壓特性取決于半導(dǎo)體表面的狀態(tài)。隨著柵極電壓的變化，表面可處于：積累區(qū)耗盡區(qū)反型區(qū)第26頁,共96頁，2024年2月25日，星期天MOS結(jié)構(gòu)電容MOS電容(a)物理結(jié)構(gòu)(b)電容與Vgs的函數(shù)關(guān)系第27頁,共96頁，2024年2月25日，星期天MOS結(jié)構(gòu)電容MOS動(dòng)態(tài)柵極電容與柵極電壓的函數(shù)關(guān)系第28頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電感在集成電路開始出現(xiàn)很長一段時(shí)間內(nèi)，人們一直認(rèn)為電感不能集成到芯片上現(xiàn)在情況不同，集成電路的速度越來越快，芯片上金屬結(jié)構(gòu)的電感效應(yīng)越來越明顯，芯片電感的實(shí)現(xiàn)成為可能半絕緣GaAs襯底、高阻Si襯底、挖去襯底的空氣橋形金屬結(jié)構(gòu)使電感獲得有用的品質(zhì)因素第29頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電感集總電感可以有下列兩種形式：單匝線圈多匝螺旋型線圈多匝直角型線圈第30頁,共96頁，2024年2月25日，星期天硅襯底上電感的射頻雙端口等效電路：

第31頁,共96頁，2024年2月25日，星期天傳輸線電感單端口電感的另一種方法是使用長度l<l/4波長的短電傳輸線(微帶或共面波導(dǎo))或使用長度在l/4<l<l/2范圍內(nèi)的開路傳輸線。

兩種傳輸線類型的電感值計(jì)算如下：第32頁,共96頁，2024年2月25日，星期天集總元件由于尺寸的小型化，幾乎所有集成電路的有源元件都可認(rèn)為是集總元件。前面討論的無源元件也可作為集總元件來處理；隨著工作頻率的增加，使得一些諸如互連線的IC元件的尺寸可以與傳輸信號(hào)的波長相比；這時(shí)，集總元件模型就不能有效地描述那些大尺寸元件的性能，應(yīng)該定義為分布元件。第33頁,共96頁，2024年2月25日，星期天分布元件集成電路設(shè)計(jì)中的分布元件主要包括微帶（Micro-strip）型和共面波導(dǎo)（CPW:Co-PlaneWaveGuide）型的傳輸線。集成電路中的傳輸線主要有兩個(gè)功能：傳輸信號(hào)和構(gòu)成電路元件。第34頁,共96頁，2024年2月25日，星期天微帶線

典型微帶線的剖面圖

微帶線(Micro-strip)

在一片介質(zhì)薄板兩面形成的兩條平行帶狀導(dǎo)線。微帶線設(shè)計(jì)需要的電參數(shù)主要是：阻抗、衰減、無載Q、波長、遲延常數(shù)。第35頁,共96頁，2024年2月25日，星期天共面波導(dǎo)

共面波導(dǎo)由中間金屬帶和作為地平面的兩邊的金屬帶構(gòu)成。

常規(guī)共面波導(dǎo)第36頁,共96頁，2024年2月25日，星期天共面波導(dǎo)

相對(duì)于微帶線，CPW的優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡單，費(fèi)用低，因?yàn)樗薪拥鼐€均在上表面而不需接觸孔。在相鄰的CPW之間有更好的屏蔽，因此有更高的集成度和更小的芯片尺寸。比金屬孔有更低的接地電感。低的阻抗和速度色散。第37頁,共96頁，2024年2月25日，星期天共面波導(dǎo)

CPW的缺點(diǎn)是：

★衰減相對(duì)高一些。

★由于厚的介質(zhì)層，導(dǎo)熱能力差，不利于大功率放大器的實(shí)現(xiàn)。

第38頁,共96頁，2024年2月25日，星期天§7.2二極管及其SPICE模型二極管等效電路模型端電壓V與結(jié)電壓VD的關(guān)系是：其中高頻下：勢(shì)壘電容Cj：擴(kuò)散電容Cd：第39頁,共96頁，2024年2月25日，星期天

二極管在反向偏壓很大時(shí)會(huì)發(fā)生擊穿。專門設(shè)計(jì)在擊穿狀態(tài)下工作的二極管稱為齊納二極管。但二極管的電流電壓方程沒有預(yù)示這種擊穿，實(shí)際電路設(shè)計(jì)中需借助SPICE等模擬工具來大致確定擊穿電壓值。參數(shù)名公式中符號(hào)SPICE中符號(hào)單位SPICE中默認(rèn)值飽和電流ISISA1.0E-14發(fā)射系數(shù)nN-1串聯(lián)體電阻RSRSΩ0渡越時(shí)間τTTTSec0零偏勢(shì)壘電容Cj0CJ0F0梯度因子mM-0.5PN結(jié)內(nèi)建勢(shì)壘V0VJV1二極管模型參數(shù)對(duì)照表二極管參數(shù)第40頁,共96頁，2024年2月25日，星期天器件的電子噪聲所謂電子噪聲是指電子線路中某些元器件產(chǎn)生隨機(jī)起伏的電信號(hào)。這些信號(hào)一般是與電子（或其它載流子）的電擾動(dòng)相聯(lián)系的。一般包括：熱噪聲（白噪聲）和半導(dǎo)體噪聲。半導(dǎo)體噪聲包括散彈噪聲、分配噪聲、閃爍噪聲（1/f噪聲）和場(chǎng)效應(yīng)管噪聲。第41頁,共96頁，2024年2月25日，星期天二極管的噪聲模型

熱噪聲：閃爍（1/f）噪聲和散粒噪聲：KF和AF是噪聲系數(shù)第42頁,共96頁，2024年2月25日，星期天§7.3雙極型晶體管及其SPICE模型

雙極型晶體管模型：（1）Ebers-Moll（即EM）模型

——Ebers和Moll于1954年提出（2）Gummel-Poon（即GP）模型

——Gummel和Poon于1970年提出第43頁,共96頁，2024年2月25日，星期天EM電流方程：EM直流模型：晶體管KVL和KCL方程：這四個(gè)獨(dú)立方程描述雙極型晶體管的特性雙極型晶體管EM模型第44頁,共96頁，2024年2月25日，星期天雖然NPN晶體管常被設(shè)想為在兩個(gè)N溝層之間夾著一個(gè)P型區(qū)的對(duì)稱型三層結(jié)構(gòu)。但與MOS器件不同的是：集電區(qū)與發(fā)射區(qū)這兩個(gè)電極不能互換。注意：雙極型晶體管EM模型第45頁,共96頁，2024年2月25日，星期天改進(jìn)的EM模型

改進(jìn)的EM模型用了電荷控制觀點(diǎn)，模型中增加了電容Cbe、Cbc并進(jìn)一步考慮了集成電路中集電結(jié)對(duì)襯底的電容Cjs

。增加了發(fā)射極、基極和集電極串聯(lián)電阻，模型對(duì)晶體管直流特性的描述更精確，使飽和區(qū)及小信號(hào)下的直流特性更符合實(shí)際。電容及電阻引入也使交流和瞬態(tài)特性的表征更為完善。第46頁,共96頁，2024年2月25日，星期天EM小信號(hào)等效電路

gmF：正向區(qū)跨導(dǎo)rπ：輸入電阻r0：輸出電阻gmR：反向區(qū)跨導(dǎo)rμ：集電極-基極電阻Cμ：基極-集電極電容CCS

：集電極-襯底電容Cπ：發(fā)-基極等效電容第47頁,共96頁，2024年2月25日，星期天雙極型晶體管的GP模型

GP模型對(duì)EM2模型作了以下幾方面的改進(jìn)：（1）直流特性反映了基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，改善了輸出電導(dǎo)、電流增益和特征頻率。反映了共射極電流放大倍數(shù)β隨電流和電壓的變化。（2）交流特性考慮了正向渡越時(shí)間τF隨集電極電流IC的變化，解決了在大注入條件下由于基區(qū)展寬效應(yīng)使特征頻率fT和IC成反比的特性。（3）考慮了大注入效應(yīng)，改善了高電平下的伏安特性（4）考慮了模型參數(shù)和溫度的關(guān)系（5）根據(jù)橫向和縱向雙極晶體管的不同，考慮了外延層電荷存儲(chǔ)引起的準(zhǔn)飽和效應(yīng)。第48頁,共96頁，2024年2月25日，星期天

GP直流模型GP小信號(hào)模型第49頁,共96頁，2024年2月25日，星期天§7.4MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其SPICE模型

美國加州伯克利分校(UCBerkeley)在20世紀(jì)70年代末推出SPICE軟件，包含MOS管模型：1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)三個(gè)模型。但是，MOS管的結(jié)構(gòu)尺寸縮小到亞微米范圍后，多維的物理效應(yīng)和寄生效應(yīng)使得對(duì)MOS管特性影響很大，這對(duì)模型提出了更好的要求。模型越復(fù)雜，參數(shù)越多，其模擬精度越高。20世紀(jì)90年代，UCBerkeley推出BISM3模型，對(duì)亞微米MOS器件特性描述更精確。商用版BISM3模型還進(jìn)行優(yōu)化。高精度與模擬效率相矛盾。依據(jù)不同需要，常將MOS模型分成不同級(jí)別。第50頁,共96頁，2024年2月25日，星期天幾種常用MOSFET模型電路模擬常用的Hspice中用到下列以LEVEL變量標(biāo)明的幾種MOSFET模型。LEVEL＝1MOS1模型

Shichman-Hodges模型LEVEL＝2MOS2模型

二維解析模型LEVEL＝3MOS3模型

半經(jīng)驗(yàn)短溝道模型LEVEL＝49MOS4模型

BSIM（Berkeleyshort-channelIGFETmodel）模型第51頁,共96頁，2024年2月25日，星期天幾種常用MOSFET模型介紹Level＝1模型是對(duì)MOSFET的電流－電壓關(guān)系最簡單的表示。最早20世紀(jì)60年代提出，隨后由Shichman-Hodges加以發(fā)展。考慮襯底調(diào)制效應(yīng)和溝道長度調(diào)制效應(yīng)。Level＝2模型取消漸變溝道近似CGA分析法中的一些簡化假設(shè)，同時(shí)對(duì)基本方程進(jìn)行一系列半經(jīng)驗(yàn)性的修正。包括短、窄溝道效應(yīng)的相關(guān)方程。Level＝3模型，即半經(jīng)驗(yàn)短溝道模型在精確描述各種二級(jí)效應(yīng)的同時(shí)，可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。第52頁,共96頁，2024年2月25日，星期天BSIM3V3模型

BSIM（Berkeleyshort-channelIGFETmodel）3V3模型是1995年10月31日由UC-Berkely推出的專門為短溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管而開發(fā)的模型。在BSIM3模型中考慮了下列效應(yīng)：（1）短溝和窄溝對(duì)閾值電壓的影響；（6）漏感應(yīng)引起位壘下降；（2）橫向和縱向的非均勻摻雜；（7）溝道長度調(diào)制效應(yīng)；（3）垂直場(chǎng)引起的載流子遷移率下降（8）襯底電流引起的體效應(yīng)，（4）體效應(yīng)；（9）次開啟導(dǎo)電問題；（5）載流子速度飽和效應(yīng)；（10）漏／源寄生電阻。第53頁,共96頁，2024年2月25日，星期天BSIM3V3模型BSIM3V3包括下列166（3.0版本為174個(gè)）個(gè)參數(shù)：67個(gè)DC參數(shù)13個(gè)AC和電容參數(shù)2個(gè)NQS模型參數(shù)10個(gè)溫度參數(shù)11個(gè)W和L參數(shù)4個(gè)邊界參數(shù)4個(gè)工藝參數(shù)8個(gè)噪聲模型參數(shù)47個(gè)二極管，耗盡層電容和電阻參數(shù)8個(gè)平滑函數(shù)參數(shù)（在3.0版本中）第54頁,共96頁，2024年2月25日，星期天§7.5SPICE數(shù)?；旌戏抡娉绦騍PICE在集成電路的晶體管級(jí)模擬方面，成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬程序。集成電路設(shè)計(jì)工程，特別是模擬和模擬數(shù)字混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)工程師必須掌握SPICE的應(yīng)用。本小節(jié)我們將重點(diǎn)給出元器件的SPICE電路模型、相應(yīng)的模型參數(shù)和仿真方法。第55頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電路仿真與SPICE在電路完成以后，設(shè)計(jì)者面臨的問題是：設(shè)計(jì)電路是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能？電路中各元器件的參數(shù)值設(shè)置是否合理？這就是所謂驗(yàn)證問題。第56頁,共96頁，2024年2月25日，星期天對(duì)設(shè)計(jì)電路的驗(yàn)證傳統(tǒng)方法搭實(shí)驗(yàn)裝置。隨著集成度的提高，電路規(guī)模的擴(kuò)大，已無法在實(shí)驗(yàn)裝置上搭接這樣的電路。即使搭接成功的話，也與實(shí)際的集成電路差別太大，失去其物理驗(yàn)證的意義。無法進(jìn)行容差分析和極限條件的驗(yàn)證。第57頁,共96頁，2024年2月25日，星期天對(duì)設(shè)計(jì)電路的驗(yàn)證用電路模擬分析的方法在計(jì)算機(jī)上驗(yàn)證借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展。不需要任何實(shí)際的元器件和調(diào)試工具，可以很方便地改變各種條件進(jìn)行模擬分析。可以進(jìn)行各種破壞性的模擬。設(shè)計(jì)者可以在設(shè)計(jì)投入生產(chǎn)制造前就能預(yù)測(cè)電路的實(shí)際性能。第58頁,共96頁，2024年2月25日，星期天對(duì)設(shè)計(jì)電路的驗(yàn)證最為著名和廣為采用的電路模擬程序－SPICE（SimulationProgramwithICEmphasis）其第一版本于1972年由美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校電工和計(jì)算機(jī)科學(xué)系開發(fā)完成，常稱為BSPICE。BSPICE是現(xiàn)代各種SPICE的前身，它的源代碼公開。其版本不斷更新。第59頁,共96頁，2024年2月25日，星期天SPICE主要針對(duì)由元件、半導(dǎo)體器件、電源等組成的電路作分析?？梢杂糜陔娐返闹绷鞣治觥Ｈ珈o態(tài)工作點(diǎn)、非線性電路、小信號(hào)傳輸函數(shù)等可以用于交流小信號(hào)分析。如頻域分析、噪聲分析等還可用來進(jìn)行瞬態(tài)分析、溫度特性分析等。第60頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電路模擬SPICESPICE作為一個(gè)通用的電路模擬程序，包括輸入數(shù)據(jù)、運(yùn)行程序和輸出數(shù)據(jù)三個(gè)基本階段。輸入數(shù)據(jù)包括電路元件及連接的拓?fù)湫畔ⅰ㈦娐吩再|(zhì)、參數(shù)、初始條件、要分析功能及輸出形式等輸入到程序中；輸入的數(shù)據(jù)必須符合SPICE程序規(guī)定的格式。第61頁,共96頁，2024年2月25日，星期天SPICE輸入描述語句的構(gòu)成

標(biāo)題語句描述文件的第一行。SPICE將第一行作為標(biāo)題行打印而不作為電路的一部分進(jìn)行分析。這一行必須設(shè)置。注釋語句一般形式是“*”后加字符串。注釋語句不參與電路的模擬仿真。可以存在于輸入文件除第一行和最后一行之間的任何位置。第62頁,共96頁，2024年2月25日，星期天SPICE輸入描述語句的構(gòu)成電路的描述語句定義電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元件類型及其數(shù)值，半導(dǎo)體器件，電路描述語句等?？梢猿霈F(xiàn)在文件的第二行到末行結(jié)束語句之間的任何地方。電路特性分析和控制語句可以對(duì)對(duì)電路的特性進(jìn)行選擇分析，如分析頻率特性等，以及對(duì)輸出等要求的控制語句。結(jié)束語句標(biāo)志著電路描述語句的結(jié)束。格式：“

.END”。位于描述語句文件的最后一行。第63頁,共96頁，2024年2月25日，星期天SPICE中元器件名稱的首字母

首字母電路元器件首字母電路元器件B砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管L電感C電容MMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管D二極管Q雙極型晶體管E電壓控制電壓源R電阻F電流控制電流源S電壓控制開關(guān)G電壓控制電流源T傳輸線H電流控制電壓源V獨(dú)立電壓源I獨(dú)立電流源W電流控制開關(guān)J結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管X子電路K互感（耦合系數(shù)）第64頁,共96頁，2024年2月25日，星期天輸入描述語句的規(guī)定

名稱

第一個(gè)字符必須是A到Z的某一個(gè)字符，其它位字符沒有限制。前8個(gè)字符有效。在描述元件時(shí)第一個(gè)字符必須是規(guī)定的元件類型字母。節(jié)點(diǎn)編號(hào)

電路的節(jié)點(diǎn)編號(hào)一般采用正整數(shù)，可以不連續(xù)。也可以用字符串代替節(jié)點(diǎn)編號(hào)。接地點(diǎn)必須規(guī)定為0節(jié)點(diǎn)。第65頁,共96頁，2024年2月25日，星期天輸入描述語句的規(guī)定元件參數(shù)值

元件參數(shù)值寫在與該元件相連的節(jié)點(diǎn)后面，其值可用整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)書寫，后面可跟比例因子和單位后綴。比例因子后綴有：F＝1E-15；P=1E-12；N=1E-9；U=1E-6；M=1E-3；K=1E3；MEG＝1E6；G＝lE9；T=1E12比例因子后綴與它前面的數(shù)相乘后即得到該語句所描述的元件的參數(shù)值。第66頁,共96頁，2024年2月25日，星期天輸入描述語句的規(guī)定元件參數(shù)值單位后綴有：V=伏；A＝安；HZ＝赫；OHM＝歐（

）；H=亨；F=法；DEG=度元件值的第一個(gè)后綴總是比例因子后綴，然后是單位后綴。如果沒有比例因子后綴，那么頭一個(gè)后綴就可能是單位后綴，SPICE總是忽略單位后綴。沒有比例后綴和單位后綴的情況下，SPICE將電壓、電流、頻率、電感、電容和角度的量綱分別默認(rèn)為伏、安、赫、亨、法和度。第67頁,共96頁，2024年2月25日，星期天輸入描述語句的規(guī)定分隔符

用以區(qū)分一行語句的不同部分。空格、逗號(hào)、等號(hào)、左括號(hào)、右括號(hào)等都可以作為分隔符，多余的分隔符是無效的。續(xù)行號(hào)一般一行最多有80個(gè)字符。第二行的開始加上“＋”號(hào)，表示是第一行的繼續(xù)。方向

規(guī)定支路電路的正方向和支路電壓的正方向一致。不能分析的問題

電路中不能包含以下部分：電壓源回路、電感回路、電壓源和電感組成的回路、開路的電流源和（或電容）。第68頁,共96頁，2024年2月25日，星期天元件描述語句電阻電阻描述語句的語句格式為：

RXXXXXXXN+N-<(MODEL)NAME>VALUE+<TC=TC1<,TC2>>例：RADJ1824KTC=0.0060.002電容和電感語句格式：

CXXXXXXXN+N-<(MODEL)NAME>VALUE+<IC=INCOND>LXXXXXXXN+N-<(MODEL)NAME>VALUE+<IC=INCOND>第69頁,共96頁，2024年2月25日，星期天元件描述語句互感（耦合系數(shù)）互感是先描述兩個(gè)電感，再描述這兩個(gè)電感的耦合強(qiáng)度而得的。語法格式為：

KXXXXXXXLYYYYYYYLZZZZZZZ…+VALUE無損耗傳輸線語法格式為：

TXXXXXXXN1N2N3N4Z0=VALUE+<TD=VALUE><F=FREQ<NL=NRMLEN>>+<IC=V1,I1,V2,I2>第70頁,共96頁，2024年2月25日，星期天元件描述語句電壓控制開關(guān)語法格式為：

SXXXXXXXN+N-NC+NC- +<(MODEL)NAME)電流控制開關(guān)語法格式為：

WXXXXXXXN+N-VNAME<(MODEL)+NAME>第71頁,共96頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體元器件描述語句

二極管語句格式為：

DXXXXXXXN+N-MNAME<AREA><OFF>+<IC=VD>例：

DBRIDGE210DIODE1雙極型晶體管語句格式為：

QXXXXXXXNCNBNE<NS>MNAME<AREA>+<OFF><IC=VBE,VCE>例：

Q23102413 QMOD1IC=0.6,5.0第72頁,共96頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體元器件描述語句MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管語句格式為：MXXXXXXXNDNGNSNBMNAME+<L=VAL><AD=VAL><AS=VAL>+<PD=VAL><PS=VAL><NRD=VAL>+<NRS=VAL><OFF><IC=VDS,VGS,VBS>結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管語句格式為：

JXXXXXXXNDNGNSMNAME<AREA>+<OFF><IC=VDS,VGS>第73頁,共96頁，2024年2月25日，星期天半導(dǎo)體元器件描述語句半導(dǎo)體電阻器語句格式為：

RXXXXXXXN1N2<VALUE><MMAME>+<L=LENGTH><W＝WIDTH>例：RLOAD21010K半導(dǎo)體電容器語句格式為：

CXXXXXXXN1N2<VALUE><MNAME>+<L=LENGTH><W＝WIDTH><IC=VAL>例：CLOAD21010P第74頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電源描述語句V——

獨(dú)立電壓源I——

獨(dú)立電流源H——

電流控制電壓源F——

電流控制電流源G——

電壓控制電流源E——

電壓控制電壓源第75頁,共96頁，2024年2月25日，星期天獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源直流源VXXXXXXXN+N-<DC>VALUEIXXXXXXXN+N-<DC>VALUE交流源VXXXXXXXN+N-AC<ACMAG（ACPHASE）>IXXXXXXXN+N-AC<ACMAG（ACPHASE）>瞬態(tài)脈沖源VXXXXXXXN+N-PULSE<V1V2TDTRTFPWPER>IXXXXXXXN+N-PULSE<I1I2TDTRTFPWPER>第76頁,共96頁，2024年2月25日，星期天脈沖源參數(shù)參數(shù)意義缺省值單位V1(I1)起始值—V/AV2(I2)脈動(dòng)值—V/ATD延遲時(shí)間0STR上升時(shí)間TSTEPSTF下降時(shí)間TSTEPSPW脈沖寬度TSTOPSPER周期TSTOPS第77頁,共96頁，2024年2月25日，星期天各參數(shù)和波形圖之間的關(guān)系第78頁,共96頁，2024年2月25日，星期天獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源瞬態(tài)正弦源VXXXXXXXN+N-SIN(V0VAFTDALPHAPHASE)IXXXXXXXN+N-SIN(I0IAFTDALPHAPHASE)正弦源的值由下面式子決定：V(T)=VO+VA*SIN(2π*(FREQ*(T-TD)+PHASE/360))*EXP(-(T-TD)*ALPHA)I(T)=I0+IA*SIN(2π*(FREQ*(T-TD)+PHASE/360))*EXP(-(T-TD)*ALPHA)第79頁,共96頁，2024年2月25日，星期天獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源瞬態(tài)指數(shù)源VXXXXXXXN+N-EXP(V1V2TD1TAU1TD2TAU2)IXXXXXXXN+N-EXP(I1I2TD1TAU1TD2TAU2)分段線性源VXXXXXXXN+N-PWL(T1V1<T2V2T3V3T4V4…>)IXXXXXXXN+N-PWL(T1I1<T2I2T3I3T4I4…>)瞬態(tài)單調(diào)調(diào)頻源VXXXXXXXN+N-SEFM(V0VAFCMDIFS)IXXXXXXXN+N-SEFM(I0IAFCMDIFS)第80頁,共96頁，2024年2月25日，星期天分段線性源第81頁,共96頁，2024年2月25日，星期天線性受控源電壓控制電壓源EXXXXXXXN+N-NC+NC-VALUE電壓控制電流源GXXXXXXXN+N-NC+NC-VALUE電流控制電壓源HXXXXXXXN+N-VNAMEVALUE電流控制電流源FXXXXXXXN+N-VNAMEVALUE第82頁,共96頁，2024年2月25日，星期天模型、子電路和文件包含語句

模型描述語句

.MODELModelNameTypeName(PName1=Pvalue1,PName2=Pvalue2,…)子電路描述語句.SUBCKTSubNameNodeNames<CONTENTS>.ENDSSubName文件包含語句.INCLUDEFileName第83頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電路特性分析和控制語句

電路特性的分析語句包括指定分析類型，如直流、交流、瞬態(tài)、噪聲、溫度、失真分析等?？刂普Z句包括初始狀態(tài)設(shè)置、參數(shù)分析、輸出格式和任選項(xiàng)語句。所有的分析和控制語句都必須以“．”開頭。各語句的次序無關(guān)且可多次設(shè)置，但程序?qū)ν活愓Z句只執(zhí)行最后一次。第84頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電路特性分析語句直流工作點(diǎn)分析計(jì)算電路的直流工作點(diǎn)。格式：.OP直流掃描分析定義對(duì)電路進(jìn)行直流掃描的掃描源及掃描限制。格式：.DCSRCNAMVSTARTVSTOPVINCR<SRC2START2STOP2INCR2>小信號(hào)傳輸函數(shù)計(jì)算電路的直流小信號(hào)傳輸函數(shù)值、輸入阻抗和輸出阻抗。格式：.TFOUTVARINSRC第85頁,共96頁，2024年2月25日，星期天電路特性分析語句直流或小信號(hào)交流靈敏度分析在電路的偏置點(diǎn)附近將電路線性化后，計(jì)算在電感短路電容開路的情況下所觀測(cè)變量OUTVAR（節(jié)點(diǎn)電壓或電壓源支路的電流）對(duì)電路中所有非零器件參數(shù)的靈敏度交流特性分析計(jì)算電流在給定的頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)，