集成电子学-3讲义.ppt

第四章 电路模拟与SPICE的使用 4.1 电路模拟与分析的作用 1．电路设计的任务： 　　（１）根据所要求的电路性能，例如速度.功耗.电源电压.逻辑操作类型.信号电平的容限等确定电路的结构和各元器件的参数： 　　（２）考虑工艺上可能发生的偏差和使用温度上的变化等，使所设计的电路仍能达到规定的性能． ２．电路设计的步骤： 　　设计者根据电路框图，利用CAD方法进行电路结构的设计并初步确定元器件参数，然后对该电路进行计算机模拟分析，再根据分析结果进行修改，经过多次反复，最后得到符合要求的电路． ３．电路的计算机辅助分析： 　　（１）电路模拟 　　在给定电路结构和元器件参数的条件下，确定电路的性能指标． 　　（２）电路优化 　　在指定的性能指标及电路结构条件下，确定电路中指定元器件的参数最佳值． ４．电路的模拟程序 广泛使用的有： 　　（１）SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）主要用于集成电路的仿真程序　 　　（２）PSPICE （Personal computer’s SPICE）在个人计算机上运行的SPICE 　　 （３）HSPICE（High accuracy SPICE）高精确度的SPICE 5．电路模拟程序流程图 4.2 SPICE的功能： 　　SPICE是一个电路级的模拟器，主要用来对数字的或模拟的电路做非线性直流、非线性瞬态和线性交流分析。电路的组成元件可以有电阻、电容、电感、独立电压和电流源、四种相关源（线性电压控制电流源、线性电压控制电压源、线性电流控制电流源、线性电流控制电压源）、无损耗或损耗传输线、开关源、均匀分布RC线以及常见半导体器件。 SPICE可以进行的分析类型有： 1.直流分析 (1)直流工作点分析(.OP) (2)直流扫描分析(.DC) (3)直流小信号传输函数计算(.TF) (4)直流小信号灵敏度分析(.SENS) 　 2.交流小信号分析 (1)交流小信号分析(.AC) (2)噪声分析(.NOISE) 3.瞬态分析 (1)时域波形分析(.TRAN) (2)傅里叶分析(.FOUR) 4.配合直流、交流和瞬态分析一起使用的分析（PSPICE） (1)最坏情况分析(.WCASE) (2)蒙特卡罗分析(.MC) (3)参数扫描分析(.STEP) (4)温度分析(.TEMP) ? 5.电路描述 PSPICE的输入文件的建立有两种形式：以PSPICE源程序的形式编写文本文件；用Schematics环境，通过画电路原理图的形式建立原理图输入文件。 文本文件的电路描述如下： 整个电路可以用元器件描述语句、模型语句、子电路语句、控制语句和说明语句来描述。 文本文件为自由格式： 标题语句 — 第一句，任何字符组成，无格式要求； 结束语句 — .END，程序结束； 注释语句 — 以“★”开始的一行。 续行，一行80个字符，超过可续行，续行第一行为“+”。 其余语句无顺序限制。 4.3 SPICE使用举例( P.126) *TOGGLE CELL * *INPUT LISTING * VDD 1 0 DC 5V VBB 16 DC -2,5V V1 14 0 PULSE 0V 5V 20NS 10NS 10NS 55NS 160NS V2 15 0 PULSE 0V 5V 100NS 10NS 10NS 55NS 160NS VN4 4 0 DC 5V ME6 7 6 0 16 MENH1 L=5U W=10U MD3 1 7 7 16 MDEP1 L=25U W=5U ME8 9 8 0 16 MENH1 L=5U W=10U MD4 1 9 9 16 MDEP1 L=25U W=5U ME9 10 9 0 16 MENH1 L=5U W=10U MD5 1 10 10 16 MDEP1 L=25U W=5U ME4 10 4 5 16 MENH1 L=5U W=10U ME5 5 14 6 16 MENH1 L=5U W=10U ME7 7 15 8 16 MENH1 L=5U W=10U * CN5 5 0 0.03P CN6 6 0 0.05P CN7 7 0 0.04P CN8 8 0 0.06P CN9 9 0 0.18P CN10 10 0 0.18P * .TRAN 5NS 500NS .PLOT TRAN V(14) V(15) V(9) V(10) (0,5) .WIDTH OUT=90 *