Hspice仿真不收斂問題.doc

五、控制語句和option語句1.OPTION語句：.options語句格式：.options opt1 opt2 opt3 opt=x一般在每個(gè)仿真文件中設(shè)置options為.options acct list post，也可以設(shè)置為.options node opts，其中.option list表示將器件網(wǎng)表、節(jié)點(diǎn)連接方式等輸入到列表文件，用于debug與電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)的問題，.option node表示將輸出節(jié)點(diǎn)連接表到列表文件，用于debug與由于電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)引起的不收斂問題，.option acct表示在列表文件中輸出運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)和仿真效率，.option opts在列表文件中報(bào)告所有的.option設(shè)置，.option nomod表示不輸出MODEL參數(shù)，以便減小列表文件的大小，.option brief=1表示不輸出網(wǎng)表信息，直到設(shè)置.option brief=0，.protect/.unprotect用于屏蔽網(wǎng)表文件中要保護(hù)的信息，.option bypass=1不計(jì)算latent器件，.option autostop表示當(dāng)所有.measure語句完成時(shí)，終止仿真，.option accurate=1表示設(shè)置為最精確的仿真算法和容差，tstep表示仿真步長值，delmax表示最大允許時(shí)間步長，其中delmax=tstep*max，.option dvdt=4用于數(shù)字CMOS電路仿真（默認(rèn)設(shè)置），.option dcca=1在直流掃描時(shí)強(qiáng)行計(jì)算隨電壓變化的電容，.option captab對二極管、BJT管、MOS、JFET、無源電容器，打印出信號的節(jié)點(diǎn)電容值，.option dcstep=val將直流模型和器件轉(zhuǎn)換為電導(dǎo)，主要應(yīng)用于“No DC Path to Ground”或有直流通路，但不符合Hspice定義的情況。2.MODEL OPTION語句：六、仿真控制和收斂Hspice仿真過程采用Newton-Raphson算法通過迭代解矩陣方程，使節(jié)點(diǎn)電壓和支路電流滿足Kirchoff定律。迭代算法計(jì)算不成功的節(jié)點(diǎn)，主要是因?yàn)橛?jì)算時(shí)超過了Hspice限制的每種仿真迭代的總次數(shù)從而超過了迭代的限制，或是時(shí)間步長值小于Hspice允許的最小值。(1) 造成Hspice仿真不收斂主要有“No Convergence in DC Solution”和“Timestep too Small”，其可能的原因是：1.電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)造成仿真不收斂主要有：電路連線錯(cuò)誤，scale、scalm和param語句錯(cuò)誤，其他錯(cuò)誤可以通過查找列表文件中的warning和errors發(fā)現(xiàn)。解決的方法是：將電路分成不同的小模塊，分別進(jìn)行仿真；簡化輸入源；調(diào)整二極管的寄生電阻；調(diào)整錯(cuò)誤容差，重新設(shè)置RELV，ABSV，RELI，ABSI，RELMOS，ABSMOS等。2.仿真模型：由于所有的半導(dǎo)體器件模型都可能包含電感為零的區(qū)域，因此可能引起迭代的不收斂。解決的方法是：在PN結(jié)或MOS的漏與源之間跨接一個(gè)小電阻；將.option中默認(rèn)的GMINDC、GMIN增大。3.仿真器的options設(shè)置：仿真錯(cuò)誤容差決定了仿真的精度和速度，要了解你所能接受的容差是多少。解決的方法是：調(diào)整錯(cuò)誤容差，重新設(shè)置RELV，ABSV，RELI，ABSI，RELMOS，ABSMOS等。(2) 針對仿真分析中可能出現(xiàn)的不收斂情況進(jìn)行分析：1.直流工作點(diǎn)分析：每種分析方式都以直流操作點(diǎn)分析開始，由于Hspice有很少的關(guān)于偏置點(diǎn)的信息，所以進(jìn)行DC OP分析是很困難的，分析結(jié)果將輸出到.ic文件中。對DC OP分析不收斂的情況，解決方法是：刪除.option語句中除acct，list，node，post之外的所有設(shè)置，采用默認(rèn)設(shè)置，查找.lis文件中關(guān)于不收斂的原因；使用.nodeset和.ic語句自行設(shè)置部分工作點(diǎn)的偏置；DC OP不收斂還有可能是由于model引起的，如在亞閾值區(qū)模型出現(xiàn)電導(dǎo)為負(fù)的情況。2.直流掃描分析：在開始直流掃描分析之前，Hspice先做DC OP計(jì)算，引起直流掃描分析不收斂的原因可能是快速的電壓或電流變化，模型的不連續(xù)。解決的方法是：對于電壓或電流變化太快，通過增加ITL2來保證收斂，.option ITL2是在直流掃描分析中在每一步允許迭代的次數(shù)，通過增加迭代次數(shù)，可以在電壓或電流變化很快的點(diǎn)收斂。對于模型的不收斂，主要是由于MOS管線性區(qū)和飽和區(qū)之間的不連續(xù)，Newton-Raphson算法再不連續(xù)點(diǎn)處進(jìn)行迭點(diǎn)計(jì)算產(chǎn)生震蕩，可以通過增減仿真步長值或改變仿真初始值來保證收斂，如：.dc vin 0v 5v 0.1v的直流分析不收斂，可以改為.dc vin 0v 5v 0.2v增大步長值，.dc vin 0.01v 5.01v 0.1v改變仿真的范圍。3.AC頻率分析：由于AC掃描是進(jìn)行頻率分析，一旦有了DC OP，AC分析一般都會(huì)收斂，造成不收斂的原因主要是DC OP分析不收斂，解決的方法可以參看前面關(guān)于DC OP的分析。4.瞬態(tài)分析：瞬態(tài)分析先進(jìn)行直流工作點(diǎn)的計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為瞬態(tài)分析在T0時(shí)刻的初始值，再通過Newton-Raphson算法進(jìn)行迭代計(jì)算，在迭代計(jì)算過程中時(shí)間步長值是動(dòng)態(tài)變化的，.tran tstep中的步長值并不是仿真的步長值，只是打印輸出仿真結(jié)果的時(shí)間間隔的值，可以通過調(diào)整.options lvltim imax imin來調(diào)整步長值。瞬態(tài)分析不收斂主要是由于快速的電壓變化和模型的不連續(xù)，對于快速的電壓變化可以通過改變分析的步長值來保證收斂。對模型的不連續(xù)，可以通過設(shè)置CAPOP和ACM電容，對于給定的直流模型一般選擇CAPOP=4，ACM=3，對于level 49，ACM=0。對瞬態(tài)分析，默認(rèn)采用Trapezoidal算法，精度比較高，但容易產(chǎn)生寄生振蕩，采用GEAR算法作為濾波器可以濾去由于算法產(chǎn)生的振蕩，具有更高的穩(wěn)定性七、輸入語句對于.param語句，.param PARHIER=GLOBAL是默認(rèn)的，使得參數(shù)可以按照Top-Down變化，.param PARHIER=LOCAL，可以是參數(shù)只在局部有效。對于.measure語句，可以采用的模式有rise，fall，delay，average，rms，min，peak-to-peak，F(xiàn)ind-When，微分和積分等。對Find-When語句，.measure result find val when out_val=val ，對微分和積分語句，.measure result val 。對于.ALTER語句，可以通過改變.ALTER來改變使用不同的庫，其中.ALTER語句可以包含element語句、.data、.lib、.del lib、.include、.model、.nodeset、.ic、.op、.options、.param、.temp、.tf、.dc、.ac語句，不能包含.print、.plot、.graph或其他I/O語句，同時(shí)應(yīng)該避免在.ALTER中增加分析語句八、統(tǒng)計(jì)分析仿真主要是對器件和模型進(jìn)行Monte Carlo分析，隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生主要依賴Gaussian、Uniform、Limit分析，通過.param設(shè)置分布類型，將dc、ac、tran設(shè)置為Monte Carlo分析，用.measure輸出分析結(jié)果，如：.param tox=agauss(200,10,1).tran 20p 1n sweep MONTE=20.model tox=tox 其中，對Gaussian分析.param ver=gauss(nom_val,rel_variation,sigma,mult)，.param ver=agauss(nom_val,abs_variation,sigma,mult)，對Uniform分析，.param ver=unif(nom_val,rel_variation,mult)，.param ver=aunif(nom_val,abs_variation,mult)，對Limit分析，.param ver=limit(nom_va