Hspice语言学习总结(5)

【FIND 和WHEN】 ：

一般形式：

基于HSPICE的CMOS模拟电路设计 .MEASURE result 条件

注释：

result：测量结果参数名。比如测量结果为2V，则

不同的LEVEL模型，相同管子尺寸下得到的漏极打印输出为result 2V。

短路电流不同。LEVEL3模型中由于加入了一些实验参

条件：1. WHEN out_var = val或WHEN

数，而非纯粹的物理模型，因此出现了一些不连续的

out_var1=out_var2； 现象。

不同LEVEL模型下MOSFET漏极电流输出特性 2. FIND out_var1 WHEN out_var2=val 或FIND

out_var1 WHEN out_var2 = out_var3

1 .meas tran ttrans when VOUT=3V

fall=1

2 .meas tran tcross when VOUT=VIN rise=1 3 .means tran trt find par(‘VOUT-VIN’) WHEN

V(1)=par(‘VIN/2’). 4. v0 1 0 3 r0 1 0 x .dc x 1 5 1

.meas res find par(x) when i(r0)=2

5. 增益带宽测量

不同LEVEL模型下MOSFET漏极电流输出特性 .measure ac gaindb max vdb(out) $增益测

1.计算LEVLE2下，VDS=VGS=5V时输出漏极短路电

量 流。 .measure ac band when vdb(out)=‘gaindb-3.0’ 语句：(.OP) 结果：1.0209mA

2.LEVEL=1时，对沟道长度进行直流扫描，$带宽测量

L=0.5U~4U，步长为0.01U

NMOS characteristics VGS 1 0 DC 5 VDS 2 0 DC 5

M1 2 1 0 0 MN L=LX W=4U .MODEL MN NMOS LEVEL=1 .DC LX 0.5U 4U 0.01U .PRINT I(M1) .PLOT I(M1) .END

例2：若使LEVEL=1下，得到与LEVEL=2相同的输出漏极短路电流，调整沟道长度 单一NMOS管工作特性

输出控制语句小结

输出类型：DC/AC/TRAN/NOISE/DISTO

.MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .op

.dc vin 0 5 0.1 sweep wp 4u 12u 2u .print dc v(in) v(out) .END

? 数字电路仿真示例

例1：设计一个CMOS反相器，使其临界电压值为2.5V，即VCC/2。

反相器设计—时间响应特性分析

例2：选择一个CMOS反相器的负载电容CLOAD，使其输出延迟时间小于0.2ns，上升时间小于0.2ns，下降时间小于0.4ns。

定义：上升时间：(0.1*vmax+vmin) ~ (0.9*vmax)(注意，这里不是减号)

下降时间： (0.9*vmax) ~ (0.1*vmax+vmin) 延迟时间：T(VIN=2.5V)~T[V(OUT)=2.5V] 反相器时间响应特性 INVERTER CIRCUIT

M1 OUT IN VCC VCC PCH L=1U W=20U M2 OUT IN 0 0 NCH L=1U W=20U VCC VCC 0 5

VIN IN 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N CLOAD OUT 0 cx

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1 .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .OPTION LIST NODE

.PRINT TRAN V(IN) V(OUT) .OP

.TRAN 200P 20N sweep cx 0.1p 1p 0.1p

.measure tran vmax max v(out) from 2n to 6n .measure tran vmin min v(out) from 2n to 6n

.measure tran tfall trig v(out) val=0.9*vmax fall=1 +targ v(out) val=0.1*vmax+vmin fall=1

.measure tran trise trig v(out) val=0.1*vmax+vmin rise=1

+targ v(out) val=0.9*vmax rise=1

.measure tran tdelay trig v(in) val=2.5 rise=1 +targ v(out) val=2.5 fall=1 .END

编程思想：

1. 选择CLOAD=0.1pf~1pf 2. 测量最大值VMAX 3. 测量最小值VMIN

4. 利用公式计算测量上升下降时间

5. 利用公式计算延迟时间

RESULT：CLOAD=0.1p

tfall=0.16ns, trise=0.36p, tdelay=0.11n

例：求出如上图反相器输入电压VIN为0~5V时输出电压V(OUT)的变化。

an inverter circuit VCC vcc 0 5 VIN IN 0 0

M1 out in vcc vcc PCH L=1U W=5u M2 out in 0 0 NCH L=1U W=5u CLOAD out 0 0.75p

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1 .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .op

.dc vin 0 5 0.1

.print dc v(in) v(out) .END

反相器直流特性

例：给出如上图反相器沟道宽度Wp/Wn与临界电压的关系。

an inverter circuit VCC vcc 0 5 VIN IN 0 0

M1 out in vcc vcc PCH L=1U W=wp M2 out in 0 0 NCH L=1U W=5u CLOAD out 0 0.75p

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1

理想放大器： 输入电阻无限大，输出电阻为0，开环增益无限大，无限的带宽

基本放大器仿真—共源放大器

例：下图为一简单共源放大器电路，求其输入、输出阻抗，小信号增益以及带宽，并求出Rd=1k~30k变化时对增益的影响

直流分析 瞬态分析 交流分析

反相器温度特性 INVERTER CIRCUIT VCC VCC 0 5

M1 OUT IN VCC VCC PCH L=1U W=20U M2 OUT IN 0 0 NCH L=1U W=20U

VIN IN 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N CLOAD OUT 0 0.1p

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1 .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .OPTION LIST NODE

.PRINT TRAN V(IN) V(OUT) .OP

.TRAN 200P 20N sweep temp -25 25 10 .END

反相器输出功耗 INVERTER CIRCUIT VCC VCC 0 5

M1 OUT IN VCC VCC PCH L=1U W=20U M2 OUT IN 0 0 NCH L=1U W=20U

VIN IN 0 PULSE .2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N CLOAD OUT 0 0.1p

.MODEL PCH PMOS LEVEL=1 .MODEL NCH NMOS LEVEL=1 .OPTION LIST NODE

. PRINT TRAN p(out) power .OP

.TRAN 200P 20N .END

输入、输出阻抗 ：

Common source amplifier vdd 3 0 dc 3.3v

vin in 0 1 ac 1 sin(0 1M 1k) M1 4 2 0 0 NCH W=20U L=2U .model nch nmos level=13 RD 3 4 20K R1 3 2 33K R2 2 0 20k RL out 0 14K RS in 1 1K CS 2 1 100U CL 4 out 100U .op

.tf v(out) vin .end

第十讲 HSPICE应用与总结

基于HSPICE的CMOS模拟电路设计 简单放大器的性能指标

小信号增益

Common source amplifier vdd 3 0 dc 3.3v vin in 0 1 ac 1 sin(0 1M 1k) M1 4 2 0 0 NCH W=20U L=2U .model nch nmos level=13 RD 3 4 20K R1 3 2 33K R2 2 0 20k

RL out 0 14K

RS in 1 1K CS 2 1 100U CL 4 out 100U .op

.tf v(out) vin .tran 10u 2m

.PRINT TRAN V(out) i(Rs) I(RL) .end

vdd 3 0 dc 3.3v

vin in 0 1 ac 1 sin(0 1M 1k) M1 4 2 0 0 NCH W=20U L=2U .model nch nmos level=13 RD 3 4 20K R1 3 2 33K R2 2 0 20k RL out 0 14K RS in 1 1K CS 2 1 100U CL 4 out 100U .op

.tf v(out) vin .tran 10u 2m .ac dec 10 100 1g

.PRINT TRAN V(out) i(Rs) I(RL) .end

扫描Rd ：

Common source amplifier vdd 3 0 dc 3.3v vin in 0 1 ac 1 sin(0 1M 1k) M1 4 2 0 0 NCH W=20U L=2U .model nch nmos level=13 RD 3 4 RDX R1 3 2 33K R2 2 0 20k RL out 0 14K RS in 1 1K CS 2 1 100U CL 4 out 100U .op .tf v(out) vin .tran 10u 2m sweep RDX 1k 30k 1k .measure tran vpeak max v(out) from 10u to 2m .end

共源及共漏放大器：

几种常用的放大器结构 ? 级联：带宽大，增益大 ? 串接：电流及电压增益大 ? 差分：电压增益大 ? 反馈：稳定 串接式放大器

例：下图为一串接式放大器电路，求两级增益及带宽。

频带宽度：

Common source amplifier

增益 SERIES

Vin in 0 AC 1 SIN(0 0.05 1K) VDD 4 0 3.3

M1 2 1 3 3 NCH W=20U L=2U M2 4 5 out out NCH W=20U L=2U .MODEL NCH NMOS LEVEL=13 R1 4 1 48k R2 1 0 50K R3 4 5 48K R4 5 0 50K RD1 4 2 23k RS1 3 0 10K RS2 out 0 100k C1 in 1 10u C2 3 0 10u C3 2 5 10u .OP

.TRAN .1MS 5MS .END

带宽 SERIES

Vin in 0 AC 1 SIN(0 0.05 1K) VDD 4 0 3.3

M1 2 1 3 3 NCH W=20U L=2U M2 4 5 out out NCH W=20U L=2U .MODEL NCH NMOS LEVEL=13 R1 4 1 48k R2 1 0 50K R3 4 5 48K R4 5 0 50K RD1 4 2 23k RS1 3 0 10K RS2 out 0 100k C1 in 1 10u C2 3 0 10u C3 2 5 10u .OP

.TRAN .1MS 5MS .AC DEC 30 100 5g .END

基于HSPICE的CMOS模拟电路设计 小 结：HSPICE电路网表

元件与激励源 一般格式：

名称 节点 <模型名称>

元件与关键字的对应关系

元件描述

R(C,L) n1 n2 value TC=TC1,TC2 IC=? D(Q,J,M):

元件名，节点名，模型名，几何参数，初始值设定，温度设定

激励源描述 独立源：

VXXX N+ N- VAL AC VAL + PULSE (V0 Va td tr tf pw per) + SIN (V0 Va freq)

+ EXP (V0 Va td1 t1 td2 t2) + PWL (t1 V1 t2 V2…R td) 源控源：

E(FGH)XXX N+ N- NC+ NC- 2: POI n value1 value2….valuen

3: monte=n GAIN_VALUE

参数赋值语句 子电路描述

? .PARAM

子电路描述一般形式:

1. 与monte连用

.SUBCKT(.MACRO) SUBNAME N1 < N2 …>

.PARAM X=UNIF(N, R)

具体电路描述

GUASS

.ENDS .PARAM X=AUNIF(N, A)

子电路调用语句： Xnnn N1 SUBNAME MOS模型语句

MOSFET描述方法：

MXXX D G S B Model_name L=？

W=？

MOSFET模型的描述方法：

PMOS：.MODEL 模型名 PMOS NMOS：.MODEL 模型名 NMOS

分析语句

三种基本的分析类型： 直流分析，交流分析以及瞬态分析。其他的所有分析都包含在这些基本分析之中的。

各种分析语句含义？

如何进行分析？（一般形式） 可以获得哪些结果

? 直流分析：.OP, .DC, .TF, .SENS

? 交流分析：.AC, .PZ, .NOISE (频率响应) ? 瞬态分析：.TRAN, .FOUR (时间特性，时域响

应)

三种设置初始值方法：IC=? .IC语句以及.NODESET语句，优先级？

电路的温度设定方法？

对第二参数进行扫描分析： ? .DC X STYPE

? .DC variable start stop step SWEEP X STYPE

? .AC type np fstart fstop SWEEP X STYPE

? .TRAN tstep tstart SWEEP X STYPE STYPE:

1: start stop step

AGUASS 2. 与.ALTER连用

.PARAM X=valuex Y=valuey ? .DATA .DATA DATANM PNAME1

PVALUE1

.ENDDATA

输出控制语句 ? .PRINT: .PRINT DC(AC, TRAN) Outparameter

? .PLOT: .PLOT DC(AC, TRAN) Outparameter ? .MEASURE

1. 上升，下降和延迟

.MEASURE result TRIG ... TARG ...

2. 平均值，RMS值，峰值，谷值，峰谷值

.MEASURE result func out_var from= to=

3.FIND 和WHEN

.MEASURE result 条件