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1、第一章 Spice语言简介,一、概述二、spice软件简介,一 概述,我们介绍一套集成电路设计软件Tanner的应用，它包括S-edit,T-spice,L-edit,W-edit 和LVS等几部分组成，各部分的主要功能如下：Sedit 编辑电路图Tspice 电路分析与模拟Wedit 显示Tspice的模拟结果Ledit 编辑布局图、自动配置与绕线、截面观察、电路转化LVS 电路图与布局图结果比较,用Sedit编辑电路图,输出成Spice文件,Wspice模拟分析,用Ledit绘制布局图,设计规则检查,生成Spice文件,用Tspice模拟分析,利用LVS将电路图的输出文件与布局图转化的文件
2、进行对比,Tanner的设计流程如图1所示,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,1、spice语言 Spice（Simulation Program with integrated circuit Emphasis）是一种通用的电路分析程序，能够分析和模拟一般条件下的各种电路特性。Spice的发展已经有30多年的历史，美国加州大学伯克利分校于1972年推出了Spice程序。Spice语言可分为：,ISspiceIspice P spiceDspiceTspiceHspice，各spice语言，语法大同小异，稍加修改即可
3、通用。这里我们主要学习Tspice语言。,Spice程序能够代替面包板、示波器等电子实验室的功能，对复杂的电路与系统进行设计，这主要是由于spice语言含有高精度的元器件模型。Spice程序具有庞大的器件库，其中包括：无源器件模型，如电阻、电容、电感、传感线等半导体器件模型，如二极管、双极型晶体管、结型场效应管（JFET）、MOS场效应管（MOSFET）等各种电源，包括线性和非线性的受控源，如独立电压源、电流源，受控电压源、电流源等。,模/数（A/D）、数/模(D/A)转换器接口电路以及数字电路器件库。另外，Spice程序还可以进行多种电路分析，包括：非线性直流分析（.DC），计算电路的直流工
4、作点线性小信号分析（.AC），分析电路的频率响应瞬态分析（.TRAN），确定电路的时域响应小信号电路直流传输特性分析（.TF）直流小信号灵敏度分析（.SENS）噪声分析（.NOISE）（伴随交流分析），计算特定输出与输入节点的等效输出、输入噪声,输出变量的傅立叶分析（.FOUR）(与瞬态分析同时完成)温度分析（.TEMP）数字电路分析，包括电路的逻辑运算和延迟时间的计算A/D、D/A转换电路的分析.,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,2、电路描述 Spice程序对需分析的电路用特定的格式和电路描述语言进行分析，编辑电
5、路的输入文件扩展名为“.sp”。电路输入文件的格式可以分为5个部分：,1）标题行:用“*”号开始，后面是电路名称或说明文件，程序自动将第一行默认为标题行，标题行不能省略。如：*A POWER AMPLIFIER CIRCUIT2）电路描述:定义电路元器件和设置模型参数3）分析指令:定义分析类型4）输出指令:定义输出的方法5）结束标志（.END）:电路输入文件结束时必须有的标志。,注：输入文件的第一行可以是任意说明文本，但不能省略，最后一行必须是.END 命令。其它各行的顺序是任意的，对分析结果没有影响。描述语句中，空格的数量没有要求，逗号、TAB符号和空格等同。“*”或“；”号后面可以加说明文
6、字，不参与程序执行。,如：R1 7 5 2；2电阻一行描述语句未完，用“”号连接，要紧跟前一行。如：.MODEL QMOD NPN(IS=14.34F+XIT=3 EG=1.11 VAF=74.03+BF=255.9+NE=1.037 CJC=9.393P RB=10),电路描述语句:(1)、节点我们以简单的RLC电路来说明节点的规则。RLC电路如图2所示。R1 7 5 2C1 3 0 10uL1 5 3 1.5mVi 7 0 5,图2 RLC电路,每个元器件必须连接在两个或两个以上节点之间，节点序号可以不连续，0节点指定为地节点。节点号必须在0999之间的整数。每个节点要连接两个以上元件，即
7、要在输入文件中至少出现两次。描述语句中文件名后紧跟连接节点序号，一般按电流流入元件方向排列节点顺序。特别要注意，所有节点对地要有直流通路，否则程序提示语句错误。,(2)、元件单位名称 元件节点后跟元件值。元件值有两个后缀，前一个为数量级后缀，后一个为单位后缀。数量级后缀全为大写，spice规定了以下10种比例因子：F110-15 P110-12 N110-9U110-6 M110-3 K1103MEG1106 G1109 T11012,如果不加数量级后缀，spice可以识别下面情形。5.5.0 5E+3 5.0E+3 5.E3对于单位后缀，spice规定如下：Vvolt A=amp HZ=he
8、rtz OHM=ohmH=henry F=farad DEG=degree单位后缀也可以忽略。如：电感值是15H,可以写成“15u”或“15UH”。,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,3、电路元件描述电路元件和电源用名称的第一个字母作为标志（关键字），元件名字长可以有8位字母，关键字母按顺序排列如下：B GaAs MES场效应管 C 电容D 二极管E 电压控制电压源F 电流控制电流源,G 电压控制电流源H 电流控制电压源I 独立电流源J JFET结型场效应管K 互感L 电感M MOS场效应管N 数字输入信号O 数字输
9、出信号,Q 双极型三极管R 电阻S 电压控制开关T 传输线U 数字器件V 独立电压源元器件描述语句格式为：,如：假设定如从正节点流向负节点，图2电路种元件描述语句如下：R1 7 5 2；2电阻L1 5 3 1.5MH；1.5mH电感C1 3 0 10UF；10f电容,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,4、保留名称Tspice使用gnd、GND，Gnd和0（零）为默认系统的保留节点名称。这些节点的所有例化体都连接在一起，被看作相同的节点，该节点的电位为0.0伏特。以下关键字（任意的大写和小写字母的组合）不能用作名称：A
10、c bit biti bus busi dc exp inosieOff onoise params pie piei pwl polyPulse r repeat round rounding sffmSin sini transfer,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,5、电源描述Spice将电源分为两大类：独立源和受控源。独立源描述语句的格式为：N+N-DC AC 和 模型名和参数其中，N+为电压正节点，N-为电压负节点，N+电位必须高于N-，正电流从N+流向N-。语句中DC，AC的瞬态值的默认值为0。直流分析
11、时，要设置DC值；交流分析时，要设定AC值，其相位值如省略则为0；时域分析时，可以设置随时间变化的电源，如脉冲源、指数源、正弦波等。,将电压源数值设为0，可以作为电流表接入电路中，用以测量之路电流。这是因为零值电压源相当于短路，对电路工作没有影响。典型电源描述语句举例如下：VIN 20 40 DC 20 SIN(0 2V 10KHZ)VPULSE 10 0 PULSE(0 1 2NS 2NS 2NS 50US 100US)IIN 20 10 AC 1A 45DEGIPULSE 10 0 PULSE(0 1 2N 2N 2N 50N 100N),*SPICE netlist written by
12、 S-Edit Win32 7.03.probe.options probefilename=File0.dat“probesdbfile=File0.sdb+probetopmodule=Module0.include ml2_125.mdM1 Out In Gnd Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M2 Out In Vdd Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24uv3 In Gnd pulse(0.0 5.0 0 10n 10n 100n 200n)Vs Vdd Gnd 5
13、.tran 2n 600n.print tran in out,脉冲电压源，驱动的CMOS反相器,正弦电压源，驱动的CMOS反相器,*SPICE netlist written by S-Edit Win32 7.03.options probefilename=File1.dat+probesdbfile=D:tannerS-EdittutorialschematicFile1.sdb+probetopmodule=Module0.include ml2_125.mdM1 Out N1 Gnd Gnd NMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24u M
14、2 Out In Vdd Vdd PMOS L=2u W=22u AD=66p PD=24u AS=66p PS=24uv3 In N1 sin 2.5 0.5 10MEG 0.0 0.0 0.0.tran 2n 600n.print tran in out,4种受控源模型如图所示。其中，NC+，NC-为受控电压、控制电流正负节点，N+，N-为受控源输出节点。受控源描述语句的格式为：N+N-NC+NC-其中“增益值”为电压、电流增益或转移阻抗、转移导纳。,4种受控源模型,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,6、注解 注
15、解提供电路的信息，但是并不作为正式电路描述的一部分来处理。注解通常用成为注解定义符的特殊字符来表示。但是，即使没有注解定义符，Tspice总是把输入文件的第一行看作注解。其它的注释可以放在电路描述的任何地方。为了与其他的spice兼容，允许使用几种注解式样：在任一行的第一列加星号（*），美元符号（$）或分号（；），表示整行为注解。在任意一行第一列以外的地方加美元号或分号，但不是星号，表示该行的余下的是注解。,C语言式样的注解，用定义符（/*）和(*/)包围，可以用在任何地方，但不能用于多字词命令（如.print tran）或变量的中间。一个TSPICE语言式样注解不局限于一行。例如：下面的例子
16、中注解用绿色表示*Lines beginning with asterisks,$or dollar signs,;or semicolons are ignoroed.Ri node1 node2 4k$this comment can follow a command,C2 node3 node4 100f;this is like a$commandV1 node5 GND/*this is a C-style comment*/3volt插在命令或变量中的C样注解会引起错误信息。但是，注解可以出现在两个变量的中间。下面例子种的前两行会引起错误信息，第三行是正确的：.print/*wrong*/tran v(1)因为 print语句不能分开.options prtdel/*wrong*/=0.01 变量值不能分开.options abstol=1e-8/*ok*/reltol=1e-4 相当于后一个参数被省略了,二、spice软件简介,1、spice语言2、电路描述3、电路元件描述4、保留名称5、电源描述6、注解7、参数,7、参数 可以用.param命令对参数进行说明和赋值。在输入文件种参数不能重新赋值。参数名称可以包括除制表符、空格符、逗号、花括号、括号、单引号、方括号、等号、以及代数运算符（+、-、*、/，）外的其它任何字符。,
