实例介绍
随着微电子技术的迅速发展以及集成电路规模不断提高,对电路性能的设计要求越来越严格,这势必对用于大规模集成电路设计的EDA 工具提出越来越高的要求。自1972 年美国加利福尼亚大学柏克莱分校电机工程和计算机科学系开发的用于集成电路性能分析的电路模拟程序SPICE(Simulation Program with IC Emphasis)诞生以来,为适应现代微电子工业的发展,各种用于集成电路设计的电路模拟分析工具不断涌现。HSPICE 是Meta-Software 公司为集成电路设计中的稳态分析,瞬态分析和频域分析等电路性能的模拟分析而开发的一个商业化通用电路模拟程序,它在柏克莱的SPICE(197
‖三修订版序言 所有给予支持的各位学生丧示感谢,也感谢全华科技图书公司邀稿之热心与耐心 作者才疏学浅,不完善之处在所难免,望各界前辈不吝指正,使本书内容更加充实 完善 钟文耀中原大学电子工程系 郑美珠龙华科技大学电子工程系 Web.Sitehttp://globe.el.cycu.edu.tw 序言 随着集成电路技术的日益进步,使得计算机辅助设计工具日趋成熟,同时也促进 了线路设计与系统应用的计算机化。而各类模拟软件的加入,更加速了设计的过程。 近几年来,虽然制程技术已进入深业微米( Deep Sub-micron)的新硅世纪,但是在集 成电路设计上,仍以晶体管层次的线路模拟软件— SPICE软件为主 虽然 SPICE开发至今已超过20年,然而其重要性并未随着制程的进步而降低。 就国内的设计环境而言,商用的SPCE模拟软件主要有 Hspice、 Pspice, SBTspice SmartsPice与 Spice等。由于 Spice其内建元件模型齐全,各类电路模拟与分析 功能完整,故有很多的集成电路产品利用 Hspice辅助线路的设计与模拟,而有极好 的成果呈现。然而,关于 Hspice的参考文献,除了原公司所发布的使用手册外,市面 上很难找到相关的参考书籍。笔者曾于1994年编著《集成电路模拟与应用 Hspice》一书,由廷康资讯公司出版,目前在市面上已看不到此书的踪迹,反而是在学 生之间,关于 Hspice的使用,出现了代代相传的影印版本,继续学习 Hpsice模拟软 件。由于品片设计中心( Chip Implementation Center.)多年来的努力,已使大学及技 术学院在集成电路设计领域有极好的硬软件与学习环境。笔者过去十年,曾多次支 援CIC、交大亚微米培训中心、清华自强基金会半导体培训中心、台积电、合泰半导 体、普诚科技、立生半导体及华邦电子等公司讲授 SPICE相关课程。 笔者自1985年开始使用 SPICE,于1991~1995年担任 Meta-Software公司在 台代理商——廷康资讯公司有关 Hspice软件产品的技术顾问与课程讲师,承蒙廷康 资讯公司之邀请,美国 Meta Software公司之支持,特将个人多年使用 SPICE的经 验,结合 Hspice功能的特色与应用,于1994年提笔完成了此书的第一版内容。时过 境迁,本书重新编撰之际,针对目前应用最广的计算机辅助线路设计软件 Hspice,就其原理、结构、元件模型、各种基本与进阶分析、应用实例作一深入介绍,也 希望此书能提供给国内外所有集成电路的使用者有价值的参考 本书采取循序渐进的章节编排方式,将 Hspice强大的功能与应用,由浅入深地 介绍给读者认识。本书最大特色是除了利用 Synopsys公司所提供的电路模拟实例 外,将作者多年在半导体领域积累的经验融入各章之中,使读者可以经由实例的说明 及练习,深刻地了解各功能的意义及应用领域。 Hspice功能极广泛,为了满足大多 Ⅳ席言 数使用者的需要,本书不涉及 Hspice有关光电领域的模拟、高频电路与传输线的设 计和应用。基于集成电路设计上所需的知识与 Hspice使用技巧,本书共分八章,兹 将各章概要分述如下: 第1章 Hspice使用指引 本章主要介绍 Hspice的发展过程,各项分析功能,程序结构,以及图形资料后处 理器 Meta wavc及 Avanwaves的基木使用指引与模拟实例的说明,以减少使用者学 习使用的摸索时间,使其对 Hspice模拟软件有进一步的了解。 第2章 Hspice基础分析与范例探讨 本章主要介绍 Hspice基本的交直流、暂态分析功能以及语法描述,并用模拟实 例来说明,方便使用者以最短的吋间来学习基础分析之精华。 第3章 Hspice在元件、集成电路及系统中的模拟 本章主要探讨 Hspice在电子领域中各层次模拟的特点,其目的是使读者在不同 工作领域中,了解 Hspice可发挥的功能。例如线路设计者,对于往下到元件层次,以 及往上到系统层次,都该注意 Hspice在各层次的使用技巧,以达到周全的设计考虑 第4章元件模型化与特性化的主要考虑 本章探讨元件模型化与特性化的主要理念,各时代FET元件模型的演变,并介 绍 Hspice所衍生的 LEVEL28模型的特点以及特别参数撷取与测试电路验证,亦对 电路设计及产品研发与最坏模型化方法的相关性进行完整的分析。 第5章频率响应与极/零点分析 本章将介绍 Hspice中特有的极/零点分析功能,此特色对于类比电路设计者尤 其重要。本章亦会以一典型的二级CMOS放大器为例,说明 Hspice在类比电路设 计上的应用。 第6章类比与数字电路元特性化 本章将引导读者利用 Hspice的特殊功能与指令,完成自动化的类比及数字电路 元特性化( circuit cell characterization) 与标准元库( standard cell library)的建立,此 功能对于电路元库的设计工程师格外重要。另外,对 Hspice内建的双区间逼近(Bi- section search)方法进行介绍,此种方法适合用于正反器在设定时间( setup time)、 维持时间( hold time)以及时脉最小宽度( minimum pulse width)的特性分析。 序喜V 第7章蒙特卡罗及最坏情况分析 本章是 Hspice功能的精华部分。最坏情况分析对线路设计者而言,可提供“恰 到好处”的设计而避免产品利润的损失。另外,蒙特卡罗分析,则是产品测试及元件 分析工程师对产品功能及可靠性了解的最重要依据。读者如想进入此类领域发展 更应熟读本章 第8章从实践中学习 Hspice 本章将以实例的形式使读者从实践中学习 Hspice,熟悉 Hspice的电路基本特 性模拟,了解M(S元件的实际特性、各类输人波形、多项式输入形态等分析与应用。 本章内容的编排与前面各章相呼应,按部就班研读,可使读者掌握集成电路设计的基 本功法,有潜力往日趋重要的混合信号IC设计产业迈进。 本书由于篇幅原因,对于 Hspice的最佳化功能、噪声与失真分析等内容于日后 有机会冉探讨。另外,如您为初次接触 Hspice的读者,则可由第2章人手。在了解 SPICE基本指令的叙述、电路范例及各类分析形态后,再由前面各章循序渐进、逐 研读,无论是初学者,还是已使用 Hspice的有经验者,本书都可使您对 Hspice有一 完整的概念,帮助您完成各类集成电路产品的设计。 本书以最严谨的态度撰写,花了无数假日时光才完成,在此感谢中原大学育成中 心张志杰先生、何福顺与林佳宗等同学的协助;同时,对全华科技图书公司邀稿之热 心与耐心也一并感谢。作者才疏学浅,不完善之处在所难免,望各界前辈不吝指正, 使本书内容更加充实完善 钟文耀中原大学电子工程系 郑美珠龙华科技大学电子工程系 WebSite:http://globe.el.cycu.edu,tw 电路设计与仿真 CMOS电路模拟与设计 基于 Hspice 钟文耀郑美珠编著 钭撑出版祉 北京 图字:01-2007-1207号 内容简介 本书系“电路设计与仿真”丛书之一。本书釆取循序渐进的編排方式, 将 Hspice强大的功能与应用,由浅入深地介绍给读者,内容包括 Hspice使 用指引, Hspice基础分析与范例探讨, Hspice在元件、集成电路及系统中的 模拟,元件模型化与特性化的主要考虑频率响应与极/零点分析,类比与数 字电路元的特性化,蒙特卡罗及最坏情况分析,从实践中学习 Hspice等 本书的最大特色是除了利用 Synopsys公司所提供的电路模拟实例外,将作 者多年在半导体领域积累的经验融人各章,可使读者通过实例说明及练习, 深刻地了解各功能的意义及应用领域 本书可供电子系统设计、开发人员和电路设计爱好者阅读,也可作为高 等院校电子类专业的教材或实验参考书。 图书在版编目(CIP数据 CMOS电路模拟与设计:基于 Hspice/钟文耀,郑美珠编著.一北京:科学 出版社,2007 (电路设计与仿真) ISBN978-7-03-019069-7 Ⅰ.C…Ⅱ.①钟…②郑…·Ⅲ.①互补MOS集成电路-模拟程序· 程序设计②互补MOS集成电路电路设计Ⅳ.TN432 中国版本图书馆CIP数据核字(2007)第083467号 责任編辑:杨凯崔炳哲/责任制作:魏谨 责任印制:赵德静/封面设计:李力 北京东方科龙久有限公司制作 http://www.okbook con. cTl 学实版社出版 北京东黄城根北街16号 邮政编码:100717 http:/www.sciencep.com 赧青卹刷厂印刷 科学出版社发行各地新华书店经销 2007年7月第 版 开本:B5(720×1000) 2007年7月第一次印刷 印张:22 印数:1-4000 字数:433000 定价:42.00元 (如有印装质量问题,我社负责调换<环伟>) 目录 第1章 Hspice使用指引 Hspice简介 1.1.1直流分析 1,1.2暂态分析……… ::·:·:::·+:·+ 1.1.3交流小信号分析… 33446 1.1.4执行 Hspice所需存储器空间的预估 +++ 1.1.5 Hspice核心功能特色………… 6 1.2 Hspice特殊功能探讨 1.2.1极佳的收敛性… 778 1.2.2电路应用的考虑 1.2.3各类模型的提供…………………………………8 1.2.4元件及模型参数调整( SCALING) 1.2.5蒙特卡罗分析 1.2.6参数化电路元的特性化 1.2.7元件及电路元的特性 10 1.2.8传输线的应用… 10 1.2.9最优化 10 1.2.10元件及IC模型库 ·,中?+·“·“ 10 1.2.11图形化的处理 11 1.2.12极/零点分析…… 1.2.13新的半导体元件模型 11 1.2.14模型化及分析技巧应用 1,3 Hspice实例说明… ………12 1.3.1 Hspice输入程序结构 12 1.3.2电源应用的实例说明 录 1.4 Avan waves使用指引……… 20 1.5纯电阻网络… ……………………28 1,6小结与参考文献 .………… 36 第2章 Hspice基础分析与范例探讨 2.1 SPICE程序结构探讨 39 2.1.1节点、元件及模型…………………………40 2.1.2标题、注释与结束叙述…… 48 2.1.3资料叙述 m量要 48 2.1.4控制叙述 ,…………49 2.1.5输出叙述…………………………………………50 2.2 SPICE的基础分析…… 2.2.1直流与灵敏度分析 ……………54 2.2.2暂态分析与时域响应…… 57 2.2.3交流与频率响应分析 62 2.3 SPICE辅助电路分析实例…… 64 2.3.1基本RL电路 .,,,,,,4,………………64 2.3.2理想放大器电路 65 2.4.DC与.TF分析探讨………………………67 2.4.1.DC与元件变化同时执行的扫描分析 67 2.4.2直流转移函数.TF分析…… 73 2.4.3讨论 80 2.5子电路与交流分析 82 2.6 SPICE辅助分析的应用探讨 93 2.6.1子电路的应用 93 2.6.2收敛性的间题与解决途径… 4·=·=“······“ 95 2.7参考文献 98 第3章 Hspice在元件、集成电路及系统中的模」 3.1简介 101 3.2元件、集成电路及系统模拟特性…… 101 2.1元件模拟特性 【实例截图】
【核心代码】
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