1、1,第七讲 HSPICE网表的语法(续),2,纲 要,3,命令语句,1.直流分析,2.交流分析,3.瞬态分析,4.蒙特卡罗最坏情况分析,5.温度分析,4,交流分析,交流小信号分析(.AC)极零点分析(.PZ)交流小信号失真分析(.DISTO)交流噪声分析(.NOISE)噪声叠加分析(.SAMPLE)交流网络分析(.NET),5,交流噪声,噪声：有用信号外的某些电子干扰。噪声来源：电阻和半导体器件。输出噪声：每个器件的噪声源在AC分析的每个频率点计算出相应的噪声，并传送到一个输出节点。,6,噪声的定义,注释：I：由各个端点噪声产生的等效电流Z：噪声源与输出之间的等效电阻n：与电路中所有电阻、MO
2、SFET、二极管、JFET 和BJT 有关的噪声源数目。单位：V2/Hz,电路总的输出噪声：一定的频率下，各个噪声源计算所得噪声在该点进行 RMS(均方根)相加：,7,噪声的定义,均一化噪声：(onoise/BW)0.5，单位：,电路总的输入噪声：一定的频率下，总的输出噪声除以电路电压(或电流)增益或者传输函数。单位：V2/Hz,8,交流噪声分析.NOISE,一般形式：.NOISE OVV srcnam inter注释：OVV：指定节点总的噪声输出电压。srcnam：是作为噪声输入基准的独立电压源或独立电流源inter：打印噪声分析结果的频率间隔注意：交流噪声分析时必须进行交流小信号分析。,举
3、例：.NOISE V(5)VIN 10.AC DEC 10 1 100MEG思考：本例共计算了几个频率点的交流噪声？,9,.NOISE 举例,例：求出图中输出节点2的噪声，频率范围1Hz100MEGHz，20个点打印一次。,A simple noise runR1 1 2 5C1 2 0 500pfV1 1 0 0 AC=10V,37.AC DEC 10 1 100MEG.noise v(2)v1 20.END,Task1:Noise run.sp,10,Output noise information(in noise run.lis file),noise run*title*noise
4、analysis tnom=25.000 temp=25.000 frequency=1.0000 hz*resistor squared noise voltages(sq v/hz)element 0:r1 rs 8.233e-20 1/f 0.total 8.233e-20 rx 5.0000*total output noise voltage=8.233e-20 sq v/hz=286.9260p v/rt hz transfer function value:v(2)/v1=1.0000 equivalent input noise at v1=286.9260p/rt hz*th
5、e results of the sqrt of integral(v*2/freq)from fstart upto 1.0000 hz.using more freq points results in more accurate total noise values.noise run*noise analysis tnom=25.000 temp=25.000*frequency=100.0000 hz,11,交流分析,交流小信号分析(.AC)交流小信号失真分析(.DISTO)交流噪声分析(.NOISE)噪声叠加分析(.SAMPLE)交流网络分析(.NET),12,噪声叠加分析.SAM
6、PLE,噪声叠加分析：对模拟信号数据采样的采样噪声进行分析。得到某输出节点各采样值的噪声(对各噪声的叠加),一般形式：.SAMPLE FS=freg注释：FS=freg：数据采样频率,13,交流网络分析.NET,交流网络分析：进行交流小信号分析时，计算输入输出阻抗矩阵(Z矩阵)、导纳 矩阵(Y矩阵)混合矩阵(H 矩阵)和散射矩阵(S 矩阵)的参数,一般形式：单端口网络：.NET input 双端口网络：.NET output input 注释：input 交流输入电压或电流源名 output 输出端口变量 RIN/ROUT：输入输出电阻,例：.NET V(10,30)VINAC ROUT=75
7、 RIN=50,14,六种基本的交流分析,交流小信号分析(.AC),极零点分析(.PZ),交流噪声分析(.NOISE),噪声叠加分析(.SAMPLE),交流网络分析(.NET),summary,交流小信号失真分析(.DISTO),15,命令语句,1.直流分析,2.交流分析,3.瞬态分析,4.蒙特卡罗最坏情况分析,5.温度分析,16,瞬态分析,瞬态分析：也称为时域的暂态分析(时域分析)，是指对所选定的电路节点的时域响应进行分析，即观察该节点在整个显示周期中每一时刻的波形。,17,瞬态分析,瞬态分析条件：电路中含有储能元件，如电容、电感等。换路的条件：电源值的升高与降低(包括接通与断开)、电路中元
8、件参数的改变。换路定理1：在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。这就意味着瞬态分析中需要设置初始条件。换路定理2：换路瞬间，电感相当于理想恒流源I0，电容相当于理想恒压源U0,18,瞬态分析,瞬态分析目的：低阶电路的时间常数的物理意义？瞬态分析的目的：电路的响应速度。电路的瞬态响应：零输入响应零状态响应全响应,19,瞬态分析的初始条件,直流工作点(静态工作点)必须配合.OP语句，以直流工作点为初始条件。直流工作点为初始条件常常出现不收敛！,HSPICE的收敛问题：,what?,why?,how?,迭代算法，无法收敛到1pA或1uV,模型参数不连续不适当的.OPTIONS初始条件不合适
9、,Internal time step too small！,更改模型,更改初始条件,20,瞬态分析初始条件的设定,初始条件语句一般形式：.IC var1=val1.DCVOLT V(node1)/node1=val1,注释：Var1/2：设置初始值的变量名称，如电压V(1)指节点1的电压，I(R)指通过电阻R的电流等。node：节点名。注意：.IC可以设置任意变量初始值，而.DCVOLT只能设置电压初始值。,例：.IC V(11)=5 V(4)=-5 V(2)=2.2.DCVOLT 11 5 4-5 2 2.2,21,瞬态分析初始条件的设定,节点电压语句一般形式：.NODESET V(nod
10、e1)=val1 或.NODESET node1 val1,例：.NODESET V(12)=4.5 V(4)=2.23.NODESET 12 4.5 4 2.33,22,瞬态分析初始条件的设定,初始条件设置的三种形式：IC=?，描述元器件两端的初始电压。如：C1 2 0 1uF IC=2V：初始条件语句.IC：节点电压语句.NODESET(.DCVOLT)优先次序：(1)IC=.(2).IC(3).NODESET。如.IC 语句和.NODESET语句共存时，.IC 语句将取代.NODESET 语句。,23,瞬态分析.TRAN,一般形式：.TRAN TSTEP TSTOP,注释：TSTEP：瞬
11、态分析的步长。TSTOP：分析终止时间。TSTART：分析的起始时间，若不写，默认为0.注意：瞬态分析总是从时间0开始分析，到稳态结束。但只打印TSTART到TSTOP时间段的结果。,24,瞬态分析.TRAN,一般形式：.TRAN TSTEP TSTOP,注释：UIC：当.TRAN语句中规定了UIC参数，HSPICE不去计算初始直流工作点，而用.IC语句规定的节点电压计算电路中的初始条件。这时，要仔细设置各个节点的直流电压值。当.TRAN语句未规定UIC参数时，HSPICE在瞬态分析前先计算直流工作点。这时，若有.IC语句，则仅当作求解直流工作点时相应的节点初始值。而瞬态分析忽略这些电压限制。
12、,25,.TRAN分析的几种表现形式和例子,q.TRAN 1NS 100NS UIC 分析和打印瞬态分析结果，从0100ns，每1ns打印一次。忽略初始直流工作点，以.IC规定的节点电压或电流值或某个元器件两端的初始电压值作为初始条件。q.TRAN.1NS 25NS 1NS 40NS START=10NS 分析和打印10ns25ns，步长为0.1ns；25ns40ns，步长1ns.q.TRAN 10NS 1US UIC SWEEP TEMP-55 75 10 对温度-55,-4575分别进行瞬态扫描，时间从从01us，步长10ns。初始条件为IC规定的。q.TRAN 10NS 1US SWEE
13、P Cload POI 3 1pF 5pF 10pF 对负载参数电容Cload为1pf，5pf以及10pf时分别进行瞬态扫描，时间从010pf，步长为10ns。POI代表参数列表。,26,例：这是一个简单的RC电路，请利用HSPICE分析各个节点的瞬态电压和流过各个元件的电流。输入V1增加了一个脉冲函数。,.TRAN举例(1),27,.TRAN举例(1),A SIMPLE AC RUNR1 1 2 1KR2 2 0 1KC1 2 0.001UV1 1 0 10 AC 1 PULSE 0 5 10N 20N 20N 500N 2U.OPTIONS LIST NODE POST.OP.TRAN 1
14、0N 2U$仿真区域为02us.PRINT TRAN V(1)V(2)I(R2)I(C1).END,Task1:tran run.sp,28,TRAN sweep information(in tran run.lis file),a simple ac run*transient analysis tnom=25.000 temp=25.000*time voltage voltage current current 1 2 r2 c1 0.0.0.0.0.10.00000n 0.0.0.0.20.00000n 2.5000 16.5070m 16.5070u 2.4670m 30.0000
15、0n 5.0000 49.7294m 49.7294u 4.9005m 1.99000u 0.87.7574m 87.7574u-175.5147u 2.00000u 0.85.8690m 85.8690u-171.7379u,29,.TRAN分析结果输出电压,V(1)=PULSE 0 5 10n 20n 20n 500n 2u,V(2),V(2),Right?,30,.TRAN分析结果输出电流,I(R2),I(R1),Right?,I(C1),31,例：这是一个简单的RC电路，请利用HSPICE分析各个节点的瞬态电压和流过各个元件的电流。C1两端的初始电压分别为0V和2V。,.TRAN分析中
16、初始条件作用举例,32,.TRAN分析中初始条件作用举例,A SIMPLE AC RUNR1 1 2 1KR2 2 0 1KC1 2 0.001U IC=0VV1 1 0 10 AC 1 PULSE 0 5 10N 20N 20N 500N 2U.OPTIONS LIST NODE POST.OP.TRAN 10N 2U UIC$仿真区域为02us.PRINT TRAN V(1)V(2)I(R2)I(C1).ALTERC1 2 0.001U IC=2V.END,Task2:tran run.sp,33,初始条件的作用分析结果对比,IC=2V,IC=0V,34,例：这是一个简单的CMOS反相器，
17、请利用HSPICE分析输出的瞬态电压值。,.TRAN举例(2),35,.TRAN举例(2),an inverter circuitVCC vcc 0 5 VIN IN 0 PULSE 0.2 4.8 2n 1n 1n 5n 20n M1 out in vcc vcc PCH L=1U W=20UM2 out in 0 0 NCH L=1U W=20UCLOAD out 0 0.75p.MODEL PCH PMOS LEVEL=1.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.op.tran 200p 20n.options list node post.print tran v(in)v(ou
18、t).END,Task2:tran run.sp,36,TRAN sweep information(in tran run.lis file),an inverter circuit*transient analysis tnom=25.000 temp=25.000*time voltage voltage in out 0.200.0000m 4.9989 200.00000p 200.0000m 4.9989 400.00000p 200.0000m 4.9989 19.80000n 200.0000m 4.9988 20.00000n 200.0000m 4.9989,37,.TRA
19、N(2)分析结果输出,V(in),V(out),Right?,38,傅立叶分析.FOUR,傅立叶分析时间间隔：(Tstop1/fperiod,Tstop)Tstop：.TRAN 语句中的终止时间 fperiod：傅立叶分析的基频。傅里叶分析仅仅在瞬态分析分析终止时间 TSTOP 之前的基频的一个周期。傅立叶分析能够得到DC 分量、基频和第 2 到第 9 次谐波（交流分量）,39,傅里叶分析.FOUR,一般形式：.FOUR freq ov1,注释：freq：傅里叶分析的基频。此频率的倒数即周期时间一定要小于TSTOPOv1：要求分析的输出变量，如节点电压。注意：傅里叶分析同时要进行瞬态分析，为瞬
20、态分析的一部分。例：.FOUR 100K V(5),40,例：这是一个简单的CMOS反相器，请利用HSPICE对输出电压进行傅里叶分析。,.FOUR举例,41,.FOUR举例,an inverter circuitVCC vcc 0 5 VIN IN 0 PULSE 0.2 4.8 2n 1n 1n 5n 20n M1 out in vcc vcc PCH L=1U W=20UM2 out in 0 0 NCH L=1U W=20UCLOAD out 0 0.75p.MODEL PCH PMOS LEVEL=1.MODEL NCH NMOS LEVEL=1.op.tran 200p 20n.F
21、OUR 100MEG V(OUT).options list node post.print tran v(in)v(out).END,Task3:four run.sp,42,FOUR analysis information(in four run.lis file),an inverter circuit*tnom=25.000 temp=25.000*fourier components of transient response v(out)dc component=4.790E+00 harmonic frequency fourier normalized phase norma
22、lized no(hz)component component(deg)phase(deg)1 100.0000 x 365.1688m 1.0000-120.0863 0.2 200.0000 x 275.1061m 753.3669m-140.2944-20.2081 3 300.0000 x 207.3479m 567.8137m-151.6151-31.5288 4 400.0000 x 162.9614m 446.2631m-158.5858-38.4995 5 500.0000 x 130.8620m 358.3603m-163.2778-43.1915 6 600.0000 x 107.6553m 294.8095m-164.9295-44.8432 7 700.0000 x 93.6657m 256.4997m-165.3646-45.2783 8 800.0000 x 83.6826m 229.1615m-166.6374-46.5511 9 900.0000 x 75.3517m 206.3475m-168.2833-48.1970 total harmonic distortion=121.0515 percent,43,课堂总结,今 天 学 到 的,交流噪声分析.NOISE,瞬态分析.TRAN及初始条件的设定,傅里叶分析.FOUR,
