内容发布更新时间 : 2024/11/6 8:42:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

Hspice应用讲解

Hspice是一种通用电路分析程序，可用来进行集成电路和电子线路的分析模拟。它可以用来分析电路的非线性直流特性，线性交流小信号特性，非线性瞬态特性，温度特性等。其中，直流分析（.DC）不光可进行直流转移特性分析，还可进行直流工作点（.OP），直流小信号传输特性（.TF），直流小信号灵敏度（.SENS）分析；在进行交流分析（.AC）的同时还可进行噪声特性（.NOISE）和失真特性（.DISTO）分析；在进行瞬态分析（.TRAN）的同时还可进行傅立叶（.FOUR）分析；进行温度特性分析（.TEMP）以求得电路的温度特性。在进行交流分析和瞬态分析前先进行直流分析，以决定其非线性组件的线性化小信号模型和其初始条件。

Hspice输入描述文件格式：

Hspice的输入描述文件格式是一种自由格式，其输

标题语句 入的第一条语句必须是标题语句，且不能省略；最后一

组件语句 条语句必须是结束语句（.END），其余语句的顺序是任

模型语句 意的。在输入描述文件的任何地方都可插入注释语句（在

.SUBCKT 语句前加“*”或“$”），程序只对注释语句进行原样打子电路 组件语句, 模型语句 印而不进行任何处理。

子电路调用 组件语句是说明该组件的拓扑关系和组件值的。每.ENDS语句 个组件给予一个组件名，组件名的第一个字母说明该组

控制语句 件的类型，Hspice并对各种类型的组件所对应的英文字 结束语句 母作了规定，组件名不能重复。组件的节点号可以用一正整数表示，也可以用网点名表示。

模型语句是说明该组件的模型参数的。在模型语句中定义一组组件模型参数并赋予一个唯一的模型名，在组件语句中即可引用此模型名，表明此组件具有该组模型参数值。

子电路是用一组组件语句来定义，程序会自动将这组组件插入到子电路被调用的地方，其大小和复杂性没有限制，并允许其包含其它子电路。在电路中不能包括短路的电压源和电感，开路的电流源和电容，电路中的每个节点都不能悬空。

控制语句是控制程序的运行和规定分析及输出的内容。如温度语句，工作点分析语句，交流分析语句，瞬态分析语句，打印语句，绘图语句和可选项语句等。

Hspice的每条语句都有若干个字段，字段之间由空格或符号隔开，多余的空格将被忽略，字段内不能随意加空格，即字段不能断开。

字段可以是字符段或数字段，字符段必须以字母开头，长度不超过8个字符，多余的字符将被忽略，且由用户定义的字符段中不能包括Hspice输入描述语言中已定义的字符段（即保留字）；数字段可以为整数或浮点数，其后可直接跟下列比例因子：

K=1E3，MEG=1E6，G=1E9，T=1E12，

M=1E-3，U=1E-6，N=1E-9，P=1E-12，F=1E-15，MIL=25.4E-6

比例因子必须紧跟在数字后面，不是比例因子的字母及比例因子之后的字母均被忽略。 如一个语句一行写不完，可在下一行接着写，该行称为续行，续行的第一列必须是“+”号，续行数没有限制。

Hspice模拟仿真流程：

调用 Hspice 程序 读入 .sp(i) 文件 文件检错 N 是否要分析直流传输 特性或工作点 Y 设定温度 直流传输特性分析 直流工作点分析 N 是否要分析交流特性 Y 交流特性分析 N 是否要分析瞬态特性 Y 直流传输特性分析 直流工作点分析 瞬态特性分析 Y

是否要分析温度特性 N 输出结果 Hspice输出文件类型如下表： 输 出 文 件 类 型 扩 展 名 列表输出，其内容包括仿真所用的名字和版本；Meta-Software. lis，或使用者指定 单元信息；输入文件名；使用者名；注册资料；拷贝的输入网点文件；节点计算；操作点参数；每个source和sub-circuit的电压降，电流，功耗的详细情况；由. PLOT语句产生低分辩率图表；. PRINT语句结果；. OPTIONS语句结果。 瞬态分析结果，它包含瞬态分析的资料结果，是在输入文件同时有. TRAN和. OPTION POST语句时产生的一个分析记录文件。 DC分析结果，包含其使用的步长或在. DC语句中定义的扫描频率下的分析结果，包括噪声，失真或网络分析。 DC分析测量结果，它是. MEASURE DC语句分析结果。 AC分析结果，包含一个频率功能的输出变量列表，符合其后的. AC语句的使用者规格。 AC分析测量结果，它是. MEASURE AC语句分析结果。 硬拷贝图表资料（从meta.cfg PRTDEFAULT） FFT分析图表数据，包含显示FFT分析波形的图表数据。 分支电路交叉列表，它说明了在符合分支电路定义下调用的分支电路节点名。 . tr# + 瞬态分析测量结果，它是. MEASURE TRAN语句分析结果。 . mt# . sw# + . ms# . ac# + . ma# . gr# ++ . ft# +++ . pa# 数字输出，包含从U单元A2D转换选项得到的转换数字数据。 . a2d 输出情况，包含运行时间结果：每个CPU状态的开始和结束. st# 时间；废弃的选择项设置警告；预先检查注册资料，输入语法，模型和电路拓扑结构的情况；对困难电路使用的Hspice收敛方法。 操作点节点电压（初始状态），对于. SAVE语句。 . ic 注意：#表任一扫描编号或硬拷贝文件编号。 +只有在使用. POST语句产生图表数据才会生成。 ++需要. GRAPH语句或在meta.cfg文件中有一文件输出指针。在PC版的 Hspice中此文件不能产生。 +++只有在使用. FFT语句才会生成。 Hspice基本组件描述： 在下列描述中，“[ ]”内的域为可选项，其余的域为必须的；name1，name2为可选的字符串，字符串最多可有八个字符（包括首字符），但其中不能出现分隔符（如空格，等号，逗号等）。

1． 电阻：Rname N1 N2 value [TC=TC1[，TC2]]

R为关键词，N1，N2为与电阻相连的两节点的节点号，电阻值可为正值或负值，其单位为欧姆。TC1，TC2为电阻的温度系数，电阻值按下式随温度而变化： R（T）=R（TD）·（1+TC1·（T- TD ）+TC2·（T- TD ）2） 当两可选参数TC1，TC2未给出时，程序将自动赋零。T0为标称温度，可由.OPTIONS控制语句进行修改。

2． 电容：Cname N+ N- [PLOY] value [C1 [C2…]] [IC=v]

C为关键词，N+，N-表电容的正负节点，可选项PLOY表示该电容是一个随电压变化的非线性电容，其值可由下式求得：

C（V）=value+C1·V+C2·V2+?+Cn·Vn，其中n≤20。

[IC= ] 项为初始条件项，其作用将视瞬态分析语句中是否有UIC（Use Initial Condition）关键词而不同：若瞬态分析语句中有UIC项，则进行瞬态分析时，将以IC项所给值作为该组件的瞬态分析初始条件。

3． 电感：Lname N+ N- [PLOY] value [L1 [L2…]] [IC=i]

L为关键词，N+，N-表电感的正负节点，电流从正节点流到负节点。可选项PLOY表示该电感是一个随电流变化的非线性电感，其值可由下式求得： L（V）=value+L1·I+L2·I2+?+Ln·In，其中n≤20。

[IC= ] 项为初始条件项，其作用将视瞬态分析语句中是否有UIC（Use Initial Condition）关键词而不同：若瞬态分析语句中有UIC项，则进行瞬态分析时，将以IC项所给值作为该组件的瞬态分析初始条件。 4． 互感：Kname1 Lname2 Lname3 value

K为关键词，Lname2和Lname3为两个耦合电感名，耦合系数的取值范围为大于

0小于1，每个电感的第一个节点作为同名端。

5． 传输线：Tname N1 N2 N3 N4 Z0=value TD=val2 [F=freq [NL=nlen] ]

+[IC=v1，i1，v2，i2]

T为关键词，N1，N2是埠1的两个节点，N3，N4是埠2的两个节点。Z0为特性

阻抗值，TD为传输延迟值，F为频率，NL相当于在频率F时传输线波长的归一化电学长度。如指定F而省去NL，则NL缺省值为0.25。 传输线的传输延迟值必须以下列两种方法中的一种输入： 1）.直接给出TD值；

2）.由F和NL两项求出，即TD=NL/F。

v1，i1，v2，i2分别为埠1和端口2的电压，电流的初始值。

6． 线性和非线性受控源：Hspice包含四种线性和四种非线性受控源，它们分别为：

⑴．线性电压控制电流源：I=G·V，Gname N+ N- NC+ NC- value ⑵．线性电压控制电压源：V=E·V，Ename N+ N- NC+ NC- value ⑶．线性电流控制电流源：I=F·I，Fname N+ N- Vname value ⑷．线性电流控制电压源：V=H·I，Hname N+ N- Vname value

G，E，F，H分别为跨导，电压增益，电流增益和互阻因子。N+，N-分别为受控 源的正负节点，NC+，NC-分别为控制电压源的正负节点，Vname为控制电流所流 过的电压源的名称，语句中的value值分别为各受控对应的跨导值，电压增益值，电流增益值和互阻因子值。

Hspice允许以一组多项式系数来描述非线性受控源，并且控制变量可以是多维的，维数与系数的数目没有限制，但系数的意义随维数的不同而改变。其语句格式为： ⑴．非线性电压控制电流源：Gname n+ n- POLY （nd） nc1+ nc1- ? ncnd+

ncnd- P0 [P1?] [IC=控制电压初值]

⑵．非线性电压控制电压源：Ename n+ n- POLY （nd） nc1+ nc1- ? ncnd+

ncnd- P0 [P1?] [IC=控制电压初值]

⑶．非线性电流控制电流源：Ｆname n+ n- POLY （nd） Vname1 ? Vnamend

P0 [P1?] [IC=控制电压初值]

⑷．非线性电流控制电压源：Ｈname n+ n- POLY （nd） Vname1 ? Vnamend

P0 [P1?] [IC=控制电压初值]

n+，n-为受控源的正负节点，POLY为非线性受控源关键词，nd为控制变量维数，nc1+，nc1- ? ncnd+，ncnd-分别为nd个控制电压源的正负节点，Vname1 ? Vnamend分别为nd个控制电流所流过的电压源的名称，P0 ，P1?是多项式的系数。初始条件IC项给出受控源的初始条件，计算时将先使控制变量取IC项所给值，求电路的直流工作点；收敛后继续迭代，再求出控制变量的最终精确解。若不给IC项，则控制变量的初始值为零。以电压控制电压源为例，如控制电压为一维的，则受控电压为：V（VX）=P0+P1VX+P2VX2+ P3VX3+?+ PnVXn； 如控制电压为二维的，则受控电压为：

V（VX，Vy）=P0+P1VX+P2Vy+P3VX2+P4VXVy+P5Vy2+P6VX3+P7VX2Vy +P8VXVy2+P9Vy3+?

如控制电压为三维的，则受控电压为：

2V(VX,VY,VZ)?P0?PV?PV?PV?PV1X2Y3Z4X?P5VXVY?P6VXVZ3222?P7VY2?P8VYVZ?P9VZ2?P10VX?P11VXVY?P12VXVZ?P13VXVY232234 PVV?PVVV?PV?PVV?PVV?PV?PV14XZ15XYZ16Y17YZ18YZ19Z20X????

7． 独立电压源和电流源：

Vname N+ N- [ [DC] value] [AC magval [phaseval] ] + [PULSE（ v1 v2 [td [tr [tf [pw [per] ] ] ] ] ） ] or [SIN （vo va [freq [td [kd] ] ] ） ]

or [EXP （v1 v2 [td1 [t1 [td2 [t2] ] ] ] ） ] or [PWL（ t1 v1 t2 v2 ? tn vn ） ] or [SFFM（ vo va freq [mdi [fs] ] ） ] or [AM（ vo va freq [fs [td] ] ） ]

或Iname N+ N- [ [DC] value] [AC magval [phaseval] ] + [PULSE（ i1 i2 [td [tr [tf [pw [per] ] ] ] ] ） ] or [SIN （io ia [freq [td [kd] ] ] ） ]

or [EXP （i1 i2 [td1 [t1 [td2 [t2] ] ] ] ） ] or [PWL（ t1 i1 t2 i2 ? tn in ） ] or [SFFM（ io ia freq [mdi [fs] ] ） ] or [AM（ io ia freq [fs [td] ] ） ]

V和I 为独立电压源和电流源的关键词，N+和N-为电源的正负节点，这里规定电 流源的方向是从正节点经电源内部流向负节点。

一个独立源，可以同时给出三种分析类型的信号源值，上面第一个选择项为电源 的直流值，第二个选择项为交流资料，第三个选择项为瞬态资料。程序在作不同 的分析时，将取相应的信号源资料。若作直流分析，取直流常数值；若作交流分 析，独立源被视为由振幅和相位所描述的正弦小信号（频率即为交流分析频率）； 当作瞬态分析时，则用随时间变化的瞬态资料（也可能是常数）；直流和瞬态分析 可用同一值描述，如值随时间变化，则取t=0的值作直流分析。

DC为直流信号的关键词，如直流值为零也可省略不写。模拟时可用零值电压源表 电流表，因每个电压源和电流值都将被打印。

AC为交流信号的关键词，交流信号的振幅和相位的缺省值分别为“1”和“0”。 当电路中只有一个交流信号输入时，交流信号的振幅通常设为1，以便求得电路的