电路模拟电路设计：根据电路性能确定电路结构和元件参数，没有自动设计软件设计人员根据电路性能要求，初步确定电路结构和元件参数，利用电路模拟软件进行模拟分析，判断修改；电路模拟：根据电路的拓扑结构和元件参数将电路问题转换成适当的数学方程并求解，根据计算结果检验电路设计的正确性模拟对象：元件优点：不需实际元件、可作各种模拟甚至破坏性模拟西安交通大学微电子研究所spice P.2
微电子研究所 spice P.2 电路模拟 电路设计：根据电路性能确定电路结构和元件 参数， 没有自动设计软件 设计人员根据电路性能要求，初步确定电路结构和元 件参数，利用电路模拟软件进行模拟分析，判断修 改； 电路模拟：根据电路的拓扑结构和元件参数将电路 问题转换成适当的数学方程并求解，根据计算结果检 验电路设计的正确性 模拟对象：元件 优点：不需实际元件、可作各种模拟甚至破坏性 模拟
电路模拟■在集成电路设计中起的作用：口版图设计前的电路设计，保证电路正确（包括电路结构和元件参数）口有单元库支持的设计：单元需事先经过电路模拟口无单元库支持的全定制设计：由底向上，首先对单元门电路进行电路设计、电路模拟，依此进行版图设计，直至整个电路口后仿真：考虑了寄生参数，由电路模拟预测电路性能典型软件：PSPICE、HSPICE、SPECTRE西安交通大学微电子研究所spice P.3
微电子研究所 spice P.3 电路模拟 在集成电路设计中起的作用： 版图设计前的电路设计，保证电路正确(包括电路结构 和元件参数) 有单元库支持的设计：单元需事先经过电路模拟 无单元库支持的全定制设计：由底向上，首先对单元 门电路进行电路设计、电路模拟，依此进行版图设 计，直至整个电路 后仿真：考虑了寄生参数，由电路模拟预测电路性能 典型软件：PSPICE、HSPICE、SPECTRE
SPICE电路模拟软件SPICE: Simulation Program with Integrated CircuitEmphasis口最早由美国加州大学伯克利分校（UCB)开发口成功应用在电路设计领域口由于源码开放，出现了许多类SPICE模拟软件产品这些产品大都源自伯克利SPICE，如HSPICESPECTRE，PSPICE，SMARTSPICE等，所以基本语法相同。电路模拟的基本功能软件基本结构电路描述西安交通大学微电子研究所spice P.4
微电子研究所 spice P.4 SPICE电路模拟软件 SPICE: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 最早由美国加州大学伯克利分校(UCB)开发 成功应用在电路设计领域 由于源码开放，出现了许多类SPICE模拟软件产品， 这些产品大都源自伯克利SPICE，如HSPICE, SPECTRE, PSPICE, SMARTSPICE等，所以基本语 法相同。 电路模拟的基本功能 软件基本结构 电路描述
电路模拟的基本功能可处理的元器件：电阻、电容、电感、互感、独立电流源、电压源、传输线、四种受控源、四种器件（二极管、双极管、结型场效应管、MOS）等■可完成的分析功能：口直流分析、直流扫描（.DC)典型的是求解直流转移特性，输入加扫描电压或电流，求输出和其他节点（元件连接处）电压或支路电流：还有.TF（直流小信号传输函数)、.OP(直流工作点)。口交流分析（小信号分析）.AC）以频率为变量，在不同的频率上求出稳态下输出和其他节点电压或支路电流的幅值和相位。还有.NOISE(噪声分析）和失真分析(.DISTO)。口瞬态分析(.TRAN）以时间为变量，输入加随时间变化的信号，计算输出和其节点电压或支路电流的瞬态值。还有.FOUR（傅立叶分析)和.FFT(快速傅立叶分析)。口温度特性分析.TEMP)：不同温度下进行上述分析，求出电路的温度特性西安交通大学微电子研究所spice P.5
微电子研究所 spice P.5 电路模拟的基本功能 可处理的元器件：电阻、电容、电感、互感、独立电流 源、电压源、传输线、四种受控源、四种器件（二极管、双 极管、结型场效应管、MOS）等 可完成的分析功能： 直流分析、直流扫描(.DC) 典型的是求解直流转移特性，输入加扫描电压或电流，求输出和其他节 点（元件连接处）电压或支路电流；还有 .TF(直流小信号传输函 数)、.OP(直流工作点)。 交流分析(小信号分析)(.AC) 以频率为变量，在不同的频率上求出稳态下输出和其他节点电压或支路 电流的幅值和相位。还有.NOISE(噪声分析) 和失真分析(.DISTO)。 瞬态分析(.TRAN) 以时间为变量，输入加随时间变化的信号，计算输出和其节点电压或支 路电流的瞬态值。还有.FOUR(傅立叶分析)和.FFT(快速傅立叶分析)。 温度特性分析(.TEMP)：不同温度下进行上述分析，求出电路的温 度特性
SPICE电路模拟软件的基本结构五部分组成：输入处理、元器件模型处理、建立电路方程、方程求解和输出处理输入处理：主要完成对输入文件进行编译，词法语法检查、存储输入数据、其他（元件预处理等）模型处理：元器件的数学模型：用数学公式描述器件的电流电压特性、与物理参数和工艺参数的关系主要是非线性元件的模型：如MOS、BJT、二极管等这些模型编入模型库，可调用：也可自行定义后加入模型库电路模拟的精度：模型精度、参数选取西安交通大学微电子研究所spiceP.6
微电子研究所 spice P.6 SPICE电路模拟软件的基本结构 五部分组成：输入处理、元器件模型处理、建立电路 方程、方程求解和输出处理 输入处理：主要完成对输入文件进行编译，词法语法 检查、存储输入数据、其他（元件预处理等） 模型处理：元器件的数学模型：用数学公式描述器件 的电流电压特性、与物理参数和工艺参数的关系 主要是非线性元件的模型：如MOS、BJT、二极管等 这些模型编入模型库，可调用；也可自行定义后加入模型库 电路模拟的精度：模型精度、参数选取
SPICE电路模拟软件的基本结构建立电路方程根据电路结构、元件参数、分析要求，建立方程依据的基本原理是欧姆定律和基尔霍夫定律方程求解数值解法：线性代数方程组解法、非线性方程组解法、常微分方程组解法线性电路的直流分析：选主元的高斯消去法或LU分解法非线性电路的直流分析：对非线性元件进行线性化处理，选代方法交流分析：线性电路、非线性电路，处理同上瞬态分析：常微分方程组，通过数值积分转换输出处理：选择输出内容和输出方式（表格和曲线）西安交通大学微电子研究所spice P.7
微电子研究所 spice P.7 SPICE电路模拟软件的基本结构 建立电路方程 根据电路结构、元件参数、分析要求，建立方程 依据的基本原理是欧姆定律和基尔霍夫定律 方程求解 数值解法：线性代数方程组解法、非线性方程组解法、常微分方 程组解法 线性电路的直流分析：选主元的高斯消去法或LU分解法 非线性电路的直流分析：对非线性元件进行线性化处理，迭代方 法 交流分析：线性电路、非线性电路，处理同上 瞬态分析：常微分方程组，通过数值积分转换 输出处理：选择输出内容和输出方式（表格和曲线）
SPICE仿真基本流程基本电路网表1设置工作条件工艺条件、电压、温度、负载.选择分析类型OP/DC/TRAN/AC设置输入信号建立模拟电路组态选择输出及.probe/measurement测量参数执行仿真程序否改变电路满足要求？参数文是是否是否有真结束他规格？西安交通大学品微电子研究所spice P.8
微电子研究所 spice P.8 SPICE仿真基本流程
SPICE电路描述较大规模电路，一般用电路图输入，利用软件将原理图转换为电路描述语言再进行模拟。电路描述语言：描述电路结构、元件参数、器件模型、电路运行环境、分析类型和输出要求等电路描述前首先要画好电路图，节点编号（接地节点零号，其他正整数SPICE的描述语言：口电路拓扑（网表）口采用的模型（元件属性）口仿真内容控制西安交通大学微电子研究所spice P.9
微电子研究所 spice P.9 SPICE电路描述 较大规模电路，一般用电路图输入，利用软件将原理 图转换为电路描述语言再进行模拟。 电路描述语言：描述电路结构、元件参数、器件模 型、电路运行环境、分析类型和输出要求等 电路描述前首先要画好电路图，节点编号（接地节点 零号，其他正整数） SPICE的描述语言： 电路拓扑（网表） 采用的模型（元件属性） 仿真内容控制
电路描述举例VCCM1CMOSINVERTERDCTRANS.CHARACTERISTICSVCC2053VIN(VIN10pulse(0501n1n49n100n)M13122MOD1L=2UW=18UM2M23100MOD2L=2UW=10UMODELMOD1PMOSLEVEL=3VTO=1NSUB=2E15UO=166MODELMOD2NMOSLEVEL=3VTO=1NSUB=2E15UO=550DCVIN050.1trans1n500n.PLOTDCV(3).END元件语句：元件名与之相连的节点号（D，G，S，G）元件参数（模型名，模型语句与元件语句分开）西安交通大学微电子研究所spice P.10
微电子研究所 spice P.10 电路描述举例 CMOS INVERTER DC TRANS. CHARACTERISTICS VCC 2 0 5 VIN 1 0 pulse(0 5 0 1n 1n 49n 100n) M1 3 1 2 2 MOD1 L=2U W=18U M2 3 1 0 0 MOD2 L=2U W=10U .MODEL MOD1 PMOS LEVEL=3 VTO=1 NSUB=2E15 UO=166 .MODEL MOD2 NMOS LEVEL=3 VTO=1 NSUB=2E15 UO=550 .DC VIN 0 5 0.1 .trans 1n 500n .PLOT DC V(3) .END 元件语句： 元件名 与之相连的节点号（D，G，S，G） 元件参数(模型 名，模型语句与元件语句分开)
仿真输出波形Avanwavesu-2003.03（20030106）LOXConfigurationTools HelyNAy/AYOYareLiatDO:swO:v(1)AO:swO:v(3)500r1.53.5Voltaes.XVOLTSYaveListDO:trO:v(1)A10:tr0:v(3)50n100m150n200n250300n350n400m450n500m(in)(TIME
微电子研究所 spice P.11 仿真输出波形