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第一章
第一章第一章
第一章 概
概概
概 论
论论
论
§1.1 HSPICE 简介
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(1972 年推出),MicroSim 公司的 PSPICE
(1984 年推出)以及其它电路分析软件的基础上,又加入了一些新的功能,经
过不断的改进,目前已被许多公司、大学和研究开发机构广泛应用。HSPICE 可
与许多主要的 EDA 设计工具,诸如 Candence,Workview 等兼容,能提供许多重要
的针对集成电路性能的电路仿真和设计结果。采用 HSPICE 软件可以在直流到高
于100MHz 的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。在实际应用中,
HSPICE 能提供关键性的电路模拟和设计方案,并且应用 HSPICE 进行电路模拟时,
其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。
§1.2 HSPICE 的特点与结构
HSPICE 除了具备绝大多数 SPICE 特性外,还具有许多新的特点,主要有:
! 优越的收敛性
! 精确的模型参数,包括许多 Foundry 模型参数
! 层次式节点命名和参考
! 基于模型和库单元的电路优化,逐项或同时进行 AC,DC 和瞬态分析中的
优化
! 具备蒙特卡罗(Monte Carlo)和最坏情况(worst-case)分析
! 对于参数化单元的输入、出和行为代数化
! 具备较高级逻辑模拟标准库的单元特性描述工具
! 对于 PCB、多芯片系统、封装以及 IC 技术中连线间的几何损耗加以模拟
在 HSPICE 中电路的分析类型及其内部建模情况如图 1.2.1和图 1.2.2 所示:
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图 1.2.1HSPICE 的电路分析类型
图 1.2.2 HSPICE 的内部建模技术
集成电路设计中的 分析和验证是一种典型的围绕一系列结构的试验和数据
管理。在电路性能分析中,一般都要在不同应用条件下,根据需要加入各种容差
和限制后进行直流分析(.DC)、交流分析(.AC)和瞬态分析(.TRAN)。HSPICE
模拟时的程序结构如图 1.2.3 所示
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图 1.2.3 HSPICE 模拟时的程序结构
HSPICE 能够通过不同的源文件去访问各种输入和模拟控制信息,并绘制和
输出有关节点的分析曲线和结果。图 1.2.4 表示了 HSPICE 模拟过程中各数据的
状态。
图 1.2.4 HSPICE 模拟过程各数据状态
4
§1.3 HSPICE 的输入与输出文件
HSPICE 根据输入网表(netlist)文件运算并产生仿真结果,仿真结果存储
在输出列表文件或图形数据文件之中。
HSPICE 读或写的文件都与当前的电路设计有关,而且都采用电路设计名作
为前缀。一般情况下,与一个设计有关的所有文件都存放在同一目录下面。
一.文件名的后缀
1.HSPICE 输入文件
配制文件 meta.cfg
初始化文件 hspice.ini
直流工作点初始化文件 <design>.ic
输入网表文件 <design>.sp
库输入文件 <library_name>
模拟转移数据文件 <design>.d2a
2.HSPICE 输出文件
输出列表 .lis或由用户自己定义
瞬态分析结果 .tr#+
瞬态分析测量结果 .mt#
直流分析结果 .sw#+
直流分析测量结果 .ms#
交流分析结果 .ac#+
交流分析测量结果 .ma#
硬拷贝图形数据 .gr#++
数字输出 .a2d
FFT 分析图形数据 .ft#++
子电路交叉列表 .pa#
输出状态 .st#
工作点节点电压(初始条件) .ic
# :代表扫描分析序号或者硬拷贝文件序号,一般从 0 开始。
+:表示在用.POST 语句产生图形数据后该文件才被确立。
++:表示该文件需要一个.GRAPH 语句或有一个针对 meta.cfg 文件中存在的
文件的地址计数器。该文件在 HSPICE 的 PC 版中不产生。
+++:表示只有当应用了.FFT 语句后该文件才被确立。
二. 输入网表文件
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输入网表文件和库输入文件能够由一个线路网表转换器 或用一个 文本编
辑器产生。
1.写输入网表文件的规则
输入网表文件的第一个语句必须是标题行,最后一个语句必须是.END 语
句,它们之间的语句次序是随意的,除非是续行(行首有“+”的行)必须
接在要接下去的行后面,最后值得注意的是.ALTER 子模块必须紧跟文件的
结尾并出现在.END 语句前。注释行可加在文件中的任何地方。
2. 输入文件的编辑
(a)HSPICE 采用自由格式输入。语句中的域由一个或多个空格,一个
Tab,一个逗号, 一个等号或一个左/右圆括号分开。
(b)除 UNIX 系统中的文件名外,不予区分大写或小写字母。
(c)每行语句长度限于 80 个字符以下。
(d)一个语句如在一行 写不下,可以用续号继续下去。续行以“+”作为
第一个非数值、非空格字符。
(e)输入网表文件不能被“打包”,也不能被压缩。
(f)输入网表文件中不要采用特殊的控制字符。
三. 输出列表文件
电路模拟运行的结果和输入网表都被放入输出列表文件。输出列表文件被
自动地取与指定的输入列表文件相同的前缀,不同的仅是带有“.lis”后缀。
如输入列表文件为 netlist.sp,则输出列表文件为 netlist.lis。
输出列表文件包含了由输入列表文件中的.PLOT、.PRINT 以及分析语句指定
的模拟结果。例 如输入列表文件包含 了多于一次的模拟运 行(通过采
用.ALTER、.INCLUDE、.DATA 等语句),输出列表文件中也包含了每一次模拟
运行的结果。
四. 数值比例因子
HSPICE 中的数值可以是整形数、浮点数。一个整形数或浮点数后跟随一
个整形指数(如 1e-14,2.65e3,但不能是 1e-3pf)或者一个整形数或浮点数后跟
随一个以下列出的数值比例因子:
MI=25.4E-6 FT=.305 DB=20lg10 F=1e-15
P=1e-12 N=1e-9 U=1e-6 M=1e-3 T=1e12
G=1e9 MEG=X=1e6 K=1e3
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