Lab1HSPICE介绍目的-辅仁大学学术资源网.PDF

Lab 1 ：HSPICE 介紹 目的： 藉由基本操作認識 HSPICE 一、認識 HSPICE ： “SPICE” 是一套重要的工業級或研究級的電路分析程式，其意義是 ”Simulation Program with Integrates Circuit” ，是特別為解決積體電路 (IC) 內部電路的自動模擬 分析與驗證等設計問題而發展的程式。 “SPICE” 最早是由美國加州大學柏克萊分校 (University of California, Berkeley) 分校在 1970 年以一名為 “CANCER”的電路模 擬程式為藍本發展出來的，至今已經超過 30 年了，幾乎是全世界公認的電路模擬標 準原型程式。隨產業環境及電路設計技術的拓展與升級， SPICE也現了許多改良與演 進的版本，例如： ”SPICE2” 、 “SPICE2G.6” 、 “SPICE3” …等，但最重要的是 “SPICE2” 系列，如 H-SPICE 、P-SPICE 、IS-SPICE 等都是以 ”SPICE2” 為基礎加 以改進，而成為商業產品。P-SPICE 常見於 PCB-Level的電路設計，也常用來作為 基本電子電路模擬與教學輔助軟體；而 IS-SPICE則較適合電機與工業電子的應用設 計； H-SPICE 與 SBT-SPICE則較常應用於業界研發 (IC設計 )或學術研究，特別是 在積體電路設計方面使用，其在 Transistor Level或 Cell-Based的電路設計上是一套 非常優越的輔助工具，對於目前從事 IC設計或相關研究的人員而言是一項必備的技 能。 雖然支援 SPICE的軟體多，但它們基本的原理大同小異，都是以 SPICE的演算 法為基礎的，而只有在考慮：模擬時序的控制 ，運算方式 (Equation Solver) 、元件模 型 (Model)的建立， 收斂技巧 (Convergence Control) 等方法可能有些差異而已。 H-SPICE 常被用在 IC設計中，這多電路受限於本身的複雜度及實際佈局後產生 的 寄生效應 ( 一般是指寄生電容)影響，而這些都無法在 PCB-Level 上得到驗證，而 在積體電路中這兩者的影響卻兼具且深遠。 HSPICE可將電路中的 元件 (Element) 、 電路架構區塊 (Block) 或 子電路 (Subcircuit) 等，以行為特性元件 (Behavioral Element)的方式來呈現，使用者可自由的定義及設定其內部的參數，並以數學函數的 方式來表示，最後交給 HSPICE 以電路理論基礎的演算法來自動分析。 圖 ( 一) MOS寄生電容示意圖 電子實驗 (下 ) Lab 1 - 1 - 二、 HSPICE計算方式： SPICE的計算方法是利用個節點連接之元件間電流值與節點之電壓組成陣列，對 於線性電路再以高斯消去法算出各節點的電壓值。對於非線性電路，則使用數值分析的 技巧求出逼近值。 線性電路： 0.2 0 -0.1 -0.1 V -3 ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞ 0 ⎜