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HSPICE
HspiceApplicationsManual
Liliang
Aug,1st,2004
1.IntroducingHspice6
InputFiles6
SampleInputNetlistFileStructure6
RunCommond7
OutputFiles7
2.InstanceandElementNames7
3.ScaleFactors8
4..PARAMStatement8
Syntax8
Example8
5..OPTIONStatement8
Syntax9
.OptionKeywordSummary9
DescriptionsofGeneralControl.OPTIONKeywords9
6.MEASUREStatement11
Rise,Fall,andDelay11
Syntax11
Example12
Avg,MAX,MIN,PP,RMS12
Syntax12
Example12
FIND&WHEN13
Syntax13
Example13
EquationEvaluation13
Syntax13
Example13
7.SweepStatement13
Syntax14
Example14
8.AnalysisTypes14
.OPAnalysis14
Syntax14
DCAnalysis14
Syntax14
Example15
ACAnalysis15
Syntax15
Example16
TransientAnalysis16
Syntax16
Example16
9.DisplayingSimulationResults17
.PROBEStatement17
Syntax17
Example17
.PRINTStatement17
Syntax17
Example17
.PLOTStatement18
Syntax18
Example18
10..SUBCKTStatement18
Syntax18
Example18
11..GLOBALStatement18
Syntax19
Example19
12..INCLUDEStatement19
Syntax19
Example19
13.GeneralSource19
PulseSource19
Syntax19
Example20
SinusoidalSouce20
Syntax20
Example20
PiecewiseLinearSource21
Syntax21
Example21
SpecifyingaDigitalVectorFile21
Syntax22
Example22
14..ICInitialConditionStatement22
Syntax22
Example22
15.PowerMeasurement22
Syntax22
Example23
16..LIBLibraryCallStatement23
Syntax23
Example23
17.InputControlStatements23
.TEMPStatement23
Syntax23
Example23
.ALTERStatement23
Syntax24
Example24
.DATAStatement24
Syntax24
Example24
18.OptimizingPerformance25
.PARAMStatementSyntax25
AnalysisStatementSyntax(.DC,.TRAN,.AC)25
.MODELStatementSyntax25
19.SetupTimeAnalysis25
BisectionMethodology25
InputListing26
1.IntroducingHspice
SPICE是SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis的缩写,市场上有很多基于SPICE的仿真工具:
SBTSPICE,Hspice,Spectre,TSPICE,Pspice,Smartspice,Ispice等等。
Hspice是Synopsys公司的一种高精度的电路仿真、模拟工具。
它所能模拟的内容包括电路的直流分析、交流小信号分析、瞬态分析以及温度特性分析等等。
Hspice相比其他类似的电路仿真工具的最大优势就是它的运算精度高,但是这也在某种程度上限制了它的仿真速度和规模。
InputFiles
需要一个.sp的输入网表文件,foundry提供的.lib工艺模型文件。
SampleInputNetlistFileStructure
TITLE*文件的标题行(注释行)
*or$*注释内容
.PARAM*参数定义
.OPTION*OPTION控制语句,设置仿真环境
<.TRAN><.AC><.DC><.OP>*设置仿真的类型(瞬态、交流、直流、静态工作点)
.MEASURE*测量语句
.TEMP*设置仿真的环境温度
PRINT/PLOT/GRAPH/PROBE*设置打印、绘图、波形显示等语句
SOURCES*设置输入激励信号源
NETLIST*电路结构描述网表
.ALTER*使用不同的参数和数据进行多次仿真
.END*文件结束
注意:
1.网表文件中,第一行必须为标题行(即为注释行),最后一行为.END语句;.ALTER语句与必须放在文件的最后,仅次于.END语句;除此之外,文件中的其他部分不分先后顺序。
2.在网表文件中,除了所调用的文件名称及路径名需要区分大小写,其他的所有内容都不区分大小写。
3.如果需要续行,我们可以在第二行首位加一个+号。
4.注释内容可以加在文件中的任何位置,*号放在一行的首位,代表注释一行的内容;$符放在一行中,它代表注释其后面的内容。
RunCommond
hspicefilename.sp或者hspicefilename.sp>filename.lis(列表文件)
OutputFiles
.lis(outputlisting)列表文件,包括Hspice运行过程中的所有数据。
.trX(transientanalysis)瞬态分析的数据文件。
.swX(dcanalysis)直流分析的数据文件。
.acX(acanalysis)交流分析的数据文件。
.mtX(tranMeasure)瞬态分析的测量数据文件。
.msX(dcMeasure)直流分析的测量数据文件。
.maX(acMeasure)交流分析的测量数据文件。
.paX(subcircuitcross-listing)调用所有子电路的网表文件。
.stX(outputstatus)状态文件。
.icX(initialconditions)操作点电压的数据文件。
其中,X值是为了区分在不同环境下仿真的输出文件所设的字符。
它通常是用数字0~9,字母a~z来表示。
2.InstanceandElementNames
CCapacitor(电容)
DDiode(二极管)
E,F,G,HVoltage/CurrentControlledElements(电压/电流控制元件)
ICurrentsource(电流源)
JJFETorMESFET(结型场效应管或金-半场效应管)
KMutualInductor(互感)
LInductor(电感)
MMOSFET(MOS管)
QBJT(三极管)
RResistor(电阻)
TTransmissionLine(传输线)
ULossyTransmissionLine(有损耗的传输线)
VVoltagesource(电压源)
XSubcircuitCall(子电路调用命令)
3.ScaleFactors
A1e-18
F1e-15
P1e-12
N1e-9
U1e-6
M1e-3
K1e3
MEG1e6
G1e9
T1e12
DB20lg
4..PARAMStatement
参数定义语句。
Syntax
.PARAMparameter1=val1〈parameter2=val2parameter3=val3…>
parameter定义的参数名
val赋给参数的值
Example
.paramWn=0.5ulv=1.2v
定义参数Wn、lv,并赋值。
5..OPTIONStatement
Hspice的控制选择功能主要是通过设置.OPTION语句来实现的。
在一个
.OPTION语句中,我们可以设置多个选择项;并且在一个网表文件中也可以设置多个.OPTION语句。
通常,我们使用.OPTION〈opt〉=〈val〉来给选择项赋值;或者,我们使用.OPTION〈opt〉仅仅设置一个选择项,而不给它赋值。
Syntax
.OPTIONopt1〈opt2opt3……〉
.OptionKeywordSummary
下表中列出了.OPTION通常使用的选择项。
ListingOutputModelTransient
ACCTCAPTABSCALE
BRIEFDCCAPSEARCH
INGOLDUNWRAPTNOMAccuracy
LISTACCURATE
NODEErrorMOSFETs
NOMODBADCHRSCALMSpeed
NUMDGTDIAGNOSTICWLAUTOSTOP
OPTLSTNOELCK
NOTOP
InterfaceConvergenceDCMatrix
ARTISTCONVERGEITL1TimeStep
CDS/SDADVPIVOTDELMAX
CSDFGMINRMAX
MENTORGMINDCDVDT
POSTGRAMPLVLTIM
PROBEMETHOD
DescriptionsofGeneralControl.OPTIONKeywords
ACCT=x在列表文件的末尾,报告出各种仿真类型运行的时间。
我们可以对它赋值以实现不同的功能。
可供选择的赋值情况有以下三种:
ACCT=0不输出报告文件
ACCT=1输出报告文件
ACCT=2输出以矩阵格式统计的报告文件
BRIEF若不想在列表文件中输出设计网表、模型参数、元件和结点信息,我们可以设置BRIEF(=1)语句;反之,我们可以设BRIEF=0。
INGOLD定义输出数据的格式。
默认值为0。
INGOLD=0工程学格式,指数只用个位数来表示。
如:
1G=1e91M=1e61K=1e31M=1e-31U=1e-61N=1e-91P=1e-121F=1e-15
INGOLD=1定点和指数格式的混合格式(G格式)。
在0.1~999之间的数用定点格式表示,而大于999或者小于0.1的数用指数格式表示。
INGOLD=2仅仅是指数格式(SPICE2G格式)。
LIST产生一个输入数据的基本元素网表。
包括每个结点、信号源、元件的参数值。
NODE输出一个结点连接关系的网表。
它列出了每个结点以及和它连接的所有元件。
NOMOD禁止输出有关模型参数的信息。
NUMDGT=x设置输出数据的有效数字的位数。
X的值一般在1~7之间,其默认值为4。
但此选项并不影响仿真的精度。
OPTLST输出优化信息。
OPTLST=0不输出任何信息(默认)。
OPTLST=1输出参数,BroydenUpdate,以及二分法结果信息。
OPTLST=2输出梯度,误差,行列式,以及迭代信息。
OPTLST=3输出以上三种情况的所有信息以及导数行列式的
信息。
OPTS在输出网表文件中输出所有.OPTIONS选择项的设置情况。
POST存储仿真的数据,此数据在波形显示工具或在其他方式的分析中用到。
POST=1是以二进制的格式存储信息,POST=2是以ASCII码的格式存储信息。
设置POST选项,可同时使用PROBE选项来指定你所要想保存的数据。
其默认值为1。
PROBE根据在.PROBE,.PRINT,.PLOT,.GRAPH语句中定义的变量,限制分析数据的输出。
Hspice默认输出所有电压、电流和功耗的信息。
因此,PROBE选项的使用能够大大降低仿真的时间和输出文件的大小。
ARTIST=xARTIST=2支持Cadence模拟界面,此选项需要授权。
PSF=x当Hspice在Cadence模拟界面中运行时,此选项定义Hspice的输出格式是二进制还是ASCII码。
如果x=1,则输出二进制格式;如果x=2,则输出ASCII码形式。
DCCAP在直流分析中,产生一个C-V曲线图,并且输出电路的电容值(包括模型和元件)。
CAPTAB输出所有DIODEs、BJTs、MOSFETs、JFETs每个结点的电容,以及每个操作点的无源寄生电容。
NOTOP禁止拓扑检查,使在处理比较大的文件时提高仿真的速度。
AUTOSTOP此选项可以降低仿真时间。
在HSPICE执行完.MEASURE语句后,相关的瞬态分析和交流分析将停止,即便是仿真还没有完成所有的扫描。
FAST可以增加仿真的速度,但要损失一点精度。
6.MEASUREStatement
Rise,Fall,andDelay
测量信号的上升时间、下降时间和延迟时间。
Syntax
.MEASURE
MEASURE定义measure语句,可用meas代替。
如果缺省,则程序默认为瞬态分析。
result输出测量结果的变量名。
TRIG…,TARG…定义测量的起始点(TRIG)和终止点(TARG)。
GOAL设定在优化中想要达到的目标值。
误差计算公式为:
ERRfun=(GOAL-result)/GOAL
MINVAL如果GOAL的绝对值小于MINVAL,那么MINVAL的值将取代误差计算公式中分母GOAL的值。
WEIGHT计算的误差值以WEIGHT值的倍数显示,其默认值为1。
Example
.meastranTrtrigv(y)val=‘1.2*0.1’rise=2targv(y)val=‘1.2*0.9’rise=2
测量信号Y的上升时间Tr。
.meastranTftrigv(y)val=‘1.2*0.9’fall=2targv(y)val=‘1.2*0.1’fall=2
测量信号Y的下降时间Tf。
.meastranTplhtrigv(a)val=‘1.2*0.5’fall=2targv(y)val=‘1.2*0.5’rise=2
测量信号A到Y的延迟时间Tplh。
.meastranTphltrigv(a)val=‘1.2*0.5’rise=2targv(y)val=‘1.2*0.5’fall=2
测量信号A到Y的延迟时间Tphl。
Avg,MAX,MIN,PP,RMS
测量参数的平均值、最大最小值、差值、平方根值。
Syntax
.MEASURE
+
如果缺省,则程序默认为瞬态分析。
result输出测量结果的变量名。
out_var所要测量的变量。
funcAVG、MAX、MIN、PP、RMS
AVG在指定区域内报告出out_var的平均值。
MAX在指定区域内报告出out_var的最大值。
MIN在指定区域内报告出out_var的最小值。
PP在指定区域内报告出out_var的最大值与最小值的差值。
RMS在指定区域内报告出out_var的平方根值。
Example
.meastranavgvalAVGv(10)from=10nsto=55ns
输出第10个结点的电压在10~55ns之间的平均值。
.meastranmaxvalMAXv(1,2)from=10nsto=55ns
输出第1,2个结点间的电压在10~55ns之间的最大值。
FIND&WHEN
FIND&WHEN语句主要用于找出当两个参数值相等,或当一个参数值等于某一个数值时,所对应的相关参数的值是多少。
Syntax
.MEASURE
+
out_var1所要寻找的相关参数
out_var2=val所需要的结果
Example
.measdcVitfindv(a)whenv(a)=v(y)
在直流分析中,当信号a的电压值和信号y的电压值相等时,算出此时信号a的电压值是多少,并把此值赋给Vit。
.meastrantimewhenv(y)=0.6vrise=5
在瞬态分析中,当信号y在第5个上升沿,v(y)=0.6V时,对应的时间time=?
。
EquationEvaluation
等式计算语句。
等式中的变量是由.MEASURE语句测出的变量名构成的。
Syntax
.MEASURE
Example
.meastranTplhtrigv(a)val=‘1.2*0.5’fall=2targv(y)val=‘1.2*0.5’rise=2
.meastranTphltrigv(a)val=‘1.2*0.5’rise=2targv(y)val=‘1.2*0.5’fall=2
.meastranTdparam=‘(Tplh+Tphl)/2’
将(Tplh+Tphl)/2的值赋给Td并输出。
7.SweepStatement
扫描语句。
Syntax
SWEEPvarstartstopincr或SWEEPvartypenpstartstop
var变量名。
incr扫描变量的增量值(步长)。
np取点的数目(numberofpoints)。
start扫描变量的起始值。
stop扫描变量的终止值。
type有四种类型:
DEC–decadevariation(十倍频变化)
OCT–octavevariation(八倍频变化)
LIN–linearvariation(线性变化)
POI–listofpoints(选取点的列表)
Example
SWEEPWn1u2u0.1u
将变量Wn以0.1um的增量,从1um扫描到2um。
SWEEPTEMPLIN525125
在25℃~125℃范围内,线性的取5个点进行扫描。
8.AnalysisTypes
.OPAnalysis
静态工作点分析。
Syntax
.OP
若使用.OP语句,则在列表文件中输出以下内容:
1.结点电压
2.信号源电流
3.功耗
4.器件的电流、电导和电容。
DCAnalysis
直流分析。
Syntax
.DCvar1start1stop1incr1
.DCvar1start1stop1incr1
.DCvar1start1stop1incr1
incr扫描变量的增量值。
np取点的数目(numberofpoints)。
start扫描变量的起始值。
stop扫描变量的终止值。
type有四种类型:
DEC–decadevariation(十倍频变化)
OCT–octavevariation(八倍频变化)
LIN–linearvariation(线性变化)
POI–listofpoints(选取点的列表)
Example
.DCVin0.255.00.05
以0.05v的增量,对Vin信号从0.25~0.5v区间里进行直流分析。
.DCVds0100.5Vgs051
在Vgs分别等于0,1,2,3,4,5v时,对Vds以0.5v的增量在0~10v区间内进行直流分析。
.DCTEMP–5512510
以10℃的增量,对工作温度在-55℃~125℃区域内进行直流分析。
.DCxval1k10k0.5kSWEEPTEMPLIN525125
在相应的温度下,给出电阻值xval在变化范围内的直流分析。
ACAnalysis
交流分析。
Syntax
.ACvar1start1stop1incr1
.ACtypenpfstartfstop
incr扫描变量的增量值。
np取点的数目(numberofpoints)。
start扫描
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