電路仿真HSpiceV2_0ppt課件

1,HSpice電路仿真,1.集成電路仿真介紹;2.HSpice電路仿真分析;3.HSpice軟件的安裝和使用;,2,一、電路仿真介紹,起源和功能模型文件MOS管仿真模型什么是仿真?,3,從硬件實(shí)驗(yàn)到軟件仿真,物理硬件焊接出所設(shè)計(jì)的電路調(diào)整電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路參數(shù)儀表測(cè)量電路性能各種溫度、濕度實(shí)驗(yàn)得到可以投入生產(chǎn)的電路方案,4,仿真軟件出現(xiàn)的原因,集成電路無(wú)法進(jìn)行硬件實(shí)驗(yàn)無(wú)法依靠手算得到設(shè)計(jì)結(jié)果降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高一次流片成功率因此出現(xiàn)了用于輔助設(shè)計(jì)的仿真器,5,硬件試驗(yàn)與軟件仿真的對(duì)比,6,硬件試驗(yàn)與軟件仿真的對(duì)比,7,集成電路設(shè)計(jì)流程,8,進(jìn)行電路仿真的要素,電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),工藝條件模型參數(shù),仿真器,設(shè)計(jì)目標(biāo)和性能要求,電路設(shè)計(jì)結(jié)果,9,業(yè)界主流集成電路仿真軟件,Spice：Hspice，Pspice，Tspice，Wspice其它仿真軟件：SpectreADSAnsoft,10,Spice介紹,仿真軟件的發(fā)展史U.C.BerkeleySPICESimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis,11,Spice的發(fā)展和變化,Spice1:1972Fortune語(yǔ)言版本Spice2:1975商業(yè)化版本Spice3:1985C語(yǔ)言版本目前的Spice：Hspice，Pspice，Tspice，Wspice,12,在用Spice進(jìn)行電路仿真之前，應(yīng)：了解元件的基本特性熟悉所設(shè)計(jì)的電路功能了解需要驗(yàn)證的電路指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的模擬種類、電路狀態(tài)了解電路各項(xiàng)指標(biāo)的相依性及優(yōu)先度了解電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)與各項(xiàng)電路特性的相關(guān)性，以便于模擬結(jié)果的改進(jìn),13,二、HSpice電路仿真分析,Hspice電路仿真器是工業(yè)級(jí)的電路分析軟件，用以電子電路的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)及頻域的仿真和分析。該軟件可以精確的仿真、分析、優(yōu)化從直流到高于100GHz頻率的微波的電路。Hspice是理想的電路單元設(shè)計(jì)和模型處理的工具，也是信號(hào)完整性和傳輸線分析的選擇工具。,14,Hspice的特征：,優(yōu)秀的收斂性精確的模型，包括許多加工模型層次節(jié)點(diǎn)命名參考對(duì)模型和電路單元的最優(yōu)化，在AC，DC和瞬態(tài)仿真中，帶有遞增和同步的多參數(shù)優(yōu)化。帶解釋的MonteCarlo和極壞設(shè)計(jì)支持可參數(shù)化單元的輸入輸出及行為算術(shù)描述.,15,有對(duì)高級(jí)邏輯仿真器校驗(yàn)庫(kù)模型的單元特征化工具;對(duì)PCB板，多芯片，包裝，IC技術(shù)的幾何損耗耦合傳輸線;離散部件，針腳，包裝和銷售商IC庫(kù);來自于多重仿真的AvanWaves交互式波形圖和分析.,16,例：RC電路的AC分析,17,RC電路的Hspice網(wǎng)表：,ASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST.OP.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.END,18,執(zhí)行RC電路的AC分析過程:,1輸入以上網(wǎng)表到一個(gè)名叫quickAC.sp的文件2敲入如下代碼運(yùn)行Hspice分析：hspicequickAC.spquickAC.lis當(dāng)運(yùn)行完成Hspice顯示：info:*hspicejobconcluded接下來的一行顯示使用的實(shí)時(shí)時(shí)間，使用者時(shí)間和分析所需的系統(tǒng)時(shí)間.如下的新文件出現(xiàn)在運(yùn)行目錄下：quickAC.ac0quickAC.icquickAC.lisquickAC.st0.,19,3使用一個(gè)編輯器去看.lst和.st0文件以檢查仿真的結(jié)果和狀態(tài)。4運(yùn)行AvantWaves并且打開.sp文件。從結(jié)果瀏覽器窗口中選擇quickAC.ac0文件以觀察波形。quickAC.lis顯示了輸入網(wǎng)表，詳細(xì)組成和拓?fù)鋱D，工作點(diǎn)(operatingpoint)信息和當(dāng)輸入至1KHz至1MHz變動(dòng)時(shí)的請(qǐng)求表。quickAC.ic和quickAC.st0分別包含一些直流工作點(diǎn)信息和Hspice的運(yùn)行狀態(tài)信息。工作點(diǎn)情況可以用作后面的使用.LOAD語(yǔ)句的仿真運(yùn)行。,20,Hspice的使用流程,后處理,21,Hspice的仿真步驟,輸入電路原理圖產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的網(wǎng)表（也可以直接輸入網(wǎng)表）根據(jù)網(wǎng)表運(yùn)行HSpice進(jìn)行電路仿真得到仿真結(jié)果文本的圖形的,22,輸入電路的基本結(jié)構(gòu)(.sp文件結(jié)構(gòu)),23,網(wǎng)表文件格式說明,標(biāo)題頭：這一部分通常是注釋內(nèi)容，說明網(wǎng)表的文件名和一些相關(guān)信息。結(jié)束語(yǔ)句：.End表明文件結(jié)束.Title和.End是成對(duì)出現(xiàn)的,24,網(wǎng)表文件格式說明,電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：這部分描述了電路元件之間的連接關(guān)系，元件的參數(shù)。激勵(lì)源：這里特指獨(dú)立的電壓源和電流源，它們用于提供直流能量，或作為輸入的激勵(lì)源使用。,25,網(wǎng)表文件格式說明,仿真功能設(shè)置：決定了軟件進(jìn)行的仿真功能，通過這些仿真設(shè)計(jì)者可以得出電路的性能。模型參數(shù)設(shè)置：由生產(chǎn)廠家提供的元件的模型文件，也可以自己手動(dòng)輸入,26,網(wǎng)表文件格式說明,輸出控制：用于控制仿真結(jié)果的輸出仿真選項(xiàng)設(shè)置：這是對(duì)于電路仿真的高級(jí)設(shè)置，更加詳細(xì)地規(guī)定了仿真指令的執(zhí)行方式和采用的算法等。,27,例(HspicenetlistfortheRCnetworkcircuit)：.titleASIMPLEACRUN.OPTIONSLISTNODEPOST$列出元件列表,各節(jié)點(diǎn)的元件端點(diǎn),使+輸出數(shù)據(jù)可用metawaves瀏覽.OP$計(jì)算并打印出直流工作點(diǎn)*按數(shù)量級(jí)變化取10個(gè)點(diǎn),從1k-1M.ACDEC101K1MEG.PRINTACV(1)V(2)I(R2)I(C1)V11010AC1R1121KR2201KC120.001U.END,28,Hspice的輸出,輸出文件：一系列文本文件*.ic：initialconditionsforthecircuit*.lis：textsimulationoutputlisting*.mt0,*.mt1：post-processoroutputforMEASUREstatements*.pa0：subcircuitpathtable*.st0：run-timestatistics*.tr0,*.tr1：post-processoroutputfortransientanalysis*.ac0,*.ac1:post-processoroutputforACanalysisMetaWave：觀察波形(post-processor),人機(jī)交互界面,29,2.1電路網(wǎng)表語(yǔ)法,網(wǎng)表：網(wǎng)表是描述電路元件和連接關(guān)系的部分，首先對(duì)電路的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，不同結(jié)點(diǎn)起不同的名字。再說明各個(gè)元件的引腳連接到哪個(gè)結(jié)點(diǎn)及元件的類型和模型。一般格式為：名稱器件的類型器件所連接的節(jié)點(diǎn)參數(shù)值例：V11010AC1R1121KR2201KC120.001U,30,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,輸入行格式輸入網(wǎng)表文件不能是壓縮格式；文件名、語(yǔ)句、等式的長(zhǎng)度不能超過256字符；上標(biāo)和下標(biāo)將被忽略；用加號(hào)（+）表示續(xù)行，此時(shí)加號(hào)應(yīng)該是新續(xù)之行的第一個(gè)非數(shù)字、非空格字符；星號(hào)（*）和美圓符號(hào)（$）可以引出注釋行，但*必須是每行第一個(gè)字母，而$一般跟在一個(gè)語(yǔ)句后，并與語(yǔ)句有至少一個(gè)空格。,31,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,分隔符包括：tab鍵，空格，逗號(hào)，等號(hào)，括號(hào)元件的屬性由冒號(hào)分隔，例如M1:beta級(jí)別由句號(hào)指示，例如X1.A1.B表示電路X1的子電路A1的節(jié)點(diǎn)B單或多引號(hào)區(qū)分表達(dá)式和文件名。結(jié)點(diǎn)表明層次。例如，“X1.A1.V”是V節(jié)點(diǎn)在電路X1處的子電路。常量M毫，p皮，n納，u微，MEG兆,例如c11210pF；表位可以省略，例如c11210p,32,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,元件名元件名以元件的關(guān)鍵字母開頭:電阻R，電容C子電路的名字以“X”開頭元件名不超過16個(gè)字符節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)名長(zhǎng)度不超過16個(gè)字符，可以包括句號(hào)和擴(kuò)展名開始的零將被忽略：節(jié)點(diǎn)名可以用下列符號(hào)開始：#_!%節(jié)點(diǎn)可以通過.GLOBAL語(yǔ)句定義成跨越所有子電路的全局節(jié)點(diǎn)：.GLOBALnode1node2node3node1node2node3都是全局節(jié)點(diǎn)，例如電源和時(shí)鐘名節(jié)點(diǎn)0，GND,GND!,GROUND都指全局的地電位節(jié)點(diǎn)元件語(yǔ)句：器件的類型+名稱器件所連接的節(jié)點(diǎn)參數(shù)值,33,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,無(wú)源器件：電阻：Rxxxn1n2resistanceMname為模型名,電阻值可以是表達(dá)式。例：RterminputgndR=sqrt(HERTZ)Rxxx981AC=1e10直流電阻1歐姆，交流電阻為1e10歐姆,34,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,無(wú)源器件：電容：一般形式：Cxxxn1n2capacitance例，Cloaddriveroutput1.0e-6。,35,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,無(wú)源器件：電感：一般形式：Lxxxn1n2inductance,36,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,有源器件：二極管：Dxxxnplusnminusmname/params模型中的寄生電阻串聯(lián)在正極端。雙極型晶體管：QxxxncnbnemnameJFET：Jxxxndngnsmname,37,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,有源器件：MOSFET:MxxxndngnsmnameOrMxxxndngnsmname下面是一個(gè)CMOS反相器網(wǎng)表：Mnoutin00NMOSW=1.2uL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=3uL=1.2u,38,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,子電路語(yǔ)句子電路定義開始語(yǔ)句.SUBCKTSUBNAM其中，SUBNAM為子電路名，node1為子電路外部節(jié)點(diǎn)號(hào)，不能為零。子電路中的節(jié)點(diǎn)號(hào)（除接地點(diǎn)），器件名，模型的說明均是局部量，可以和外部的相同。例.SUBCKTOPAMP1234,39,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,子電路語(yǔ)句子電路終止語(yǔ)句.ENDS若后有子電路名，表示該子電路定義結(jié)束；若沒有，表示所有子電路定義結(jié)束。例.ENDSOPAMP子電路調(diào)用語(yǔ)句X*SUBNAM例.Xopa1abccOPAMP,40,子電路使用舉例,下面是由前面舉例的CMOS反相器組成的三級(jí)反相器鏈網(wǎng)表：.globalvdd.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u.ENDSX1IN1INVWN=1.2UWP=3UX212INVWN=1.2UWP=3UX32OUTINVWN=1.2UWP=3UCLOUT01PFVCCVDD05V,41,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,激勵(lì)源：獨(dú)立源：電壓源V，電流源IVxxx/Ixxxn+n-dcval+例，V110DC=5V或V1105VI110DC=5mA或I1105mA交流模式：V110AC=10V,90幅度為10v，相位為90度交直流模式：V1100.5vAC=10V,90直流分量是0.5vorVxxx/Iyyyn+n-+tranfun：EXP,PULSE,PWL。表示并聯(lián)的電流源個(gè)數(shù)。,42,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,激勵(lì)源：獨(dú)立源：脈沖形式：Vxxxn+n-PUv1v2,43,脈沖形式舉例,例：VPU30PULSE(125N5N5N20N50N),44,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,激勵(lì)源：獨(dú)立源：正弦形式：Vxxxn+n-SINvova,45,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,得到的波形：,46,正弦形式舉例,例：VIN30SIN(01100MEG1NS1e10),47,電路網(wǎng)表語(yǔ)法,激勵(lì)源：獨(dú)立源：逐段線性形式：pwlt1v1+vi是ti時(shí)刻的值，repeat是開始重復(fù)的起始點(diǎn)；delay是延遲時(shí)間。指數(shù)形式：EXPv1v2V1是初始值，v2是峰值，td1是上升延遲時(shí)間，t1是上升時(shí)間常數(shù)，t2是下降時(shí)間常數(shù)。,48,49,完整的網(wǎng)表部分舉例,前面反相器鏈的網(wǎng)表：.SUBCKTINVINOUTwn=1.2uwp=1.2uMnoutin00NMOSW=wnL=1.2uMpoutinvddvddPMOSW=wpL=1.2u.ENDSX1IN1INVWN=1.2UWP=3UX212INVWN=1.2UWP=3UX32OUTINVWN=1.2UWP=3UCLOUT01PFVCCVDD05VVININ0PULSE(05V10NS1N1N50N100N),50,2.2HSpice電路仿真功能,Hspice主要提供三種仿真：直流仿真（.OP.DC）交流仿真（.AC）瞬態(tài)仿真（.TRAN）,51,2.2.1直流仿真,計(jì)算電路的工作點(diǎn).OP列非線性方程并求解得到電路節(jié)點(diǎn)電壓、支路電流的值直流參數(shù)掃描.DC直流工作點(diǎn)隨電路中變量的變化注意確定合適的掃描方式,52,53,參數(shù)掃描,參數(shù)掃描可用于DC，AC和TRAN之中通過參數(shù)掃描可以得到直流、交流、瞬態(tài)的電壓或電流隨變量的變化關(guān)系.SWEEP語(yǔ)句,54,靈敏度分析,.SENSE語(yǔ)句靈敏度分析在直流工作點(diǎn)，小信號(hào)條件下，計(jì)算電路中所有元器件的參數(shù)對(duì)指定輸出變量的靈敏度。所有元器件參數(shù)對(duì)某一輸出變量的靈敏度都被歸一化，所有靈敏度之和為1,55,直流傳輸函數(shù)分析,.TF語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。直流傳輸函數(shù)分析計(jì)算直流小信號(hào)下輸出和輸入之間的比值，并給出輸入和輸出電阻,56,零極點(diǎn)分析,.PZ語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)零極點(diǎn)分析用于計(jì)算線性，時(shí)不變電路的性能例如：分析反饋電路的穩(wěn)定性,57,2.2.2瞬態(tài)仿真,對(duì)電路時(shí)域特性的仿真.TRAN非線性時(shí)域分析方法根據(jù)電路建立非線性的常微分方程，并在每個(gè)離散的時(shí)間點(diǎn)計(jì)算方程的解，也就是電路在該時(shí)刻的狀態(tài)。比交流仿真更可靠,58,59,傅立葉分析,.FOUR語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)它在大信號(hào)正弦瞬態(tài)分析時(shí)，對(duì)輸出的最后一個(gè)周期波形進(jìn)行諧波分析,60,FFT分析,.FFT語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)FFT（FastFourierTransform）在時(shí)域上取得模擬信號(hào)若干個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的數(shù)值，并進(jìn)行離散傅立葉變換（DFTDiscreteFourierTransform），實(shí)現(xiàn)模型信號(hào)從時(shí)域到頻域的變換FFT進(jìn)行對(duì)瞬態(tài)信號(hào)的頻譜分析，得到信號(hào)頻域上的特性。,61,2.2.3交流仿真,對(duì)電路頻域特性的仿真.AC在直流工作點(diǎn)將非線性電路線性化建立一組線性方程通過加入小正弦信號(hào)求得電路在穩(wěn)態(tài)下的解AC分析只適用于線性，時(shí)不變電路,62,63,噪聲分析,.NOISE語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)噪聲分析計(jì)算各個(gè)獨(dú)立噪聲源在指定節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的噪聲電流，并將它們求和，得出均方根RMS噪聲電壓SPICE的噪聲分析得到的是線性系統(tǒng)，小信號(hào)條件下的噪聲,64,網(wǎng)絡(luò)分析,.NET語(yǔ)句實(shí)現(xiàn).NET分析電路在不同工作頻率下的傳輸函數(shù).NET必須和.AC一起使用，并確定分析的頻率范圍.NET分析計(jì)算輸入和輸出之間的阻抗矩陣Z、導(dǎo)納矩陣Y、混合矩陣H、散射參數(shù)矩陣S，并給出輸入輸出的阻抗（導(dǎo)納）值,65,2.3仿真中的模型文件,廠家提供的PDKprocessdesignkitPDK是為模擬/混合信號(hào)IC電路設(shè)計(jì)而提供的完整的工藝文件集合,是連接IC設(shè)計(jì)和IC工藝制造的數(shù)據(jù)平臺(tái).包含：仿真用的模型文件仿真用的宏模型庫(kù)（數(shù)字電路）版圖用的Pcell(parameterizedcell是一個(gè)可以在使用時(shí)編輯其參數(shù)的cell)版圖用的規(guī)則文件各種說明文檔,66,模型文件的內(nèi)容,有源器件、無(wú)源器件的模型參數(shù)及器件測(cè)試結(jié)果NMOS、PMOS電阻、電容、（電感）二極管、寄生雙極型晶體管、變?nèi)莨?67,模型文件的常見格式,第一部分，關(guān)于模型文件的說明*0.6umCMOSSPICEmodelofBSIM3v3*TheTypicalOperationVoltageis0V-5V*Lmin=0.6umLmax=40umWmin=0.6umWmax=40um*cornername:*TT:typicalcase*FF:fast-fastcorner*SS:slow-slowcorner,68,模型文件的常見格式,第二部分，器件的參數(shù).LIBTT.MODELNMOSNMOS.MODELPMOSPMOS.ENDLTT.LIBFF.ENDLFF,69,第一部分文件的說明,工藝特征尺寸：0.6umSpice模型：BSIM3v3工作電壓范圍：05V最小尺寸：Lmin，Wmin工藝拐角：TT，F(xiàn)F，SS其他信息,70,工藝拐角,71,第二部分器件的模型參數(shù),可在文件中提供器件的高階模型，供仿真器使用也可以在仿真軟件中手動(dòng)設(shè)置,72,MOS管仿真模型,MOS管仿真模型的發(fā)展Level13模型:Level1模型是最早的MOS管模型，也叫Shichman-Hodges模型,即常用的平方律特性描述的模型,考慮了襯底調(diào)制效率和溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng).Level2模型改進(jìn)了MOS管閾值電壓和輸出電阻的參數(shù)模型，并慮了短溝/窄溝對(duì)閾電壓的影響,遷移率隨表面電場(chǎng)的變化,載流子極限速度引起的電流飽和和調(diào)制以及弱反型電流等二級(jí)效應(yīng),給出了完整的漏電流表達(dá)式.Level3模型是簡(jiǎn)化了的Level2模型。它引入了更多的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，使用分段擬合,是半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?,73,MOS管溝道長(zhǎng)度較短時(shí),需用二級(jí)模型.理論上,小于8um時(shí),應(yīng)有短溝等效應(yīng).實(shí)際上5um以下才需要二級(jí)模型.當(dāng)短至2um以下,二級(jí)效應(yīng)復(fù)雜到難以解析表達(dá)時(shí),啟用三級(jí)模型.MOS模型參數(shù)的提取一般需要計(jì)算機(jī)輔助才能進(jìn)行.有兩種實(shí)用方法,一是利用管子各工作區(qū)的特點(diǎn),分段線性擬合提取;二是直接擬合輸出特性的優(yōu)化提取.其中,直流參數(shù)的優(yōu)化提取尚有不足之處:優(yōu)化所獲僅是擬合所需的特定參數(shù),物理意義不確,難以反饋指導(dǎo)工藝和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì);只適合當(dāng)前模型,模型稍做改動(dòng),要重新提取,不利于分段模型;對(duì)初值和權(quán)重的選取要求很高.,74,BSIM模型,BSIM模型（Level4模型）：Berkeley提出的短溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管模型BerkeleyShort-channelIGFETModel特點(diǎn)：依靠經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和多項(xiàng)式方程來解決物理效應(yīng),主要應(yīng)用于較低頻率(幾百兆以下)的模擬和數(shù)字電路。優(yōu)點(diǎn)：提高了電路仿真速度缺點(diǎn)：是脫離了器件的物理基礎(chǔ)，仿真結(jié)果的精度降低，而且有可能使得計(jì)算結(jié)果背離物理意義。,75,BSIM2,特點(diǎn)：BSIM模型的擴(kuò)展優(yōu)點(diǎn)：提高了BSIM的模型精度和電路仿真的收斂性能缺點(diǎn)：分段函數(shù)表示MOS管在不同工作區(qū)域的特性導(dǎo)致電流電壓一階導(dǎo)數(shù)的不連續(xù)性,76,BSIM3,特點(diǎn)：更多地考慮了MOS管的物理機(jī)制，而不是用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)構(gòu)造方程來擬合測(cè)試數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：采用了“平滑函數(shù)”，可以使用一個(gè)方程描述所有區(qū)域內(nèi)器件的特性版本：BSIM3V1、BSIM3V2和BSIM3V3,77,BSIM4,BSIM4是2000年推出的BSIM系列最新的模型。它以BSIM3模型為基礎(chǔ)，在MOS管的電流電壓模型，噪聲模型和外部寄生模型等方面都做了改進(jìn)。,78,其他模型,MOS9模型：Philips開發(fā)，適用于深亞微米設(shè)計(jì)EKV模型：其它模型：以MOS管源極為參考點(diǎn)EKV模型：以MOS管襯底為參考點(diǎn)Hspice模型：包含多個(gè)MOS管模型，統(tǒng)一編號(hào)為L(zhǎng)evelx,79,80,LEVEL1模型,使用Meyer模型計(jì)算MOS管的電容參數(shù),81,82,BSIM3模型,BSIM3是MOSFET的模型，但也可用于描述其他工藝下的晶體管模型BSIM3不僅適用于增強(qiáng)型MOS管，還能用于耗盡型MOS管BSIM3模型具有良好的縮尺特性，它可用于使用.18um深亞微米工藝電路的仿真，而且不必用分段函數(shù)來描述MOS管的特性。BSIM3可以用于模擬和數(shù)字電路的仿真，但當(dāng)應(yīng)用于高速模擬電路或射頻電路仿真時(shí)，需要對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮脱a(bǔ)充。,83,和Level1使用的Meyer電容模型不同，BSIM3使用電荷守恒的電容模型，流入MOSFET的4個(gè)端口的電流之和總是為零。和BSIM、BSIM2依賴經(jīng)驗(yàn)函數(shù)描述MOS管的特性不同，BSIM3的參數(shù)來源于物理模型，大部分的參數(shù)都和工藝步驟或器件的設(shè)計(jì)有關(guān)，只有少部分參數(shù)用于使基于模型的仿真結(jié)果更接近實(shí)際的測(cè)試結(jié)果。和EKV模型使用襯底作為參考端點(diǎn)不同，BSIM3使用源級(jí)作為參考端點(diǎn)，因而在對(duì)器件的某些參數(shù)（例如電容）的描述上存在一些問題。,84,BSIM3是短溝道MOSFET的模型，它考慮了遷移率下降，速度飽和等短溝效應(yīng)，但并沒有包括柵極的漏電流。BSIM3考慮了溫度變化對(duì)MOS管特性的影響。BSIM3的噪聲模型只考慮了熱噪聲和1/f噪聲，而沒有考慮其他類型的噪聲。噪聲模型建立在長(zhǎng)溝道器件基礎(chǔ)上，因而對(duì)短溝道器件噪聲的仿真并不精確。BSIM3沒有限定MOS管的工作電壓范圍，所以設(shè)計(jì)者需要注意MOS管各個(gè)端點(diǎn)之間的電壓是否超出了工藝要求。,85,BSIM3參數(shù)涉及內(nèi)容,工藝特性物理尺寸源級(jí)襯底，漏級(jí)襯底的PN結(jié)特性固有電容和寄生電容閾值電壓遷移率亞閾值電流輸出電阻溫度系數(shù)噪聲其他內(nèi)容,86,87,三、HSpice的安裝和使用,88,HSpice使用,工作站上軟件的使用HSPICE的運(yùn)行：登錄到工作站，確保HSPICE的權(quán)限和環(huán)境變量已設(shè)好。setenvLM_LICENSE_FILE/usr/cad/hspice/license.datsetenvMETA_QUEUE1打開一個(gè)“終端”窗口，然后進(jìn)入到個(gè)人工作目錄下，輸入行命令運(yùn)行。兩種工作模式：提示行模式和非提示行模式。,89,提示行模式,1、鍵入hspice,然后回車2、系統(tǒng)會(huì)提示輸入一些參數(shù)Enterinput:此時(shí)輸入你的HSPICE網(wǎng)表文件，缺省的擴(kuò)展名為.spEnteroutputordirectory:缺省值為輸入HSPICE網(wǎng)表文件名加上.lis擴(kuò)展名。但.sp和.lis并不是必須。除此之外，還有一些參數(shù)（這些參數(shù)的隱含值一般不需要更改），直接回車即可。等你按照系統(tǒng)的提示確定所有的參數(shù)后，HSPICE就開始運(yùn)行。,90,非提示行模式,一般情況下的輸入舉例如下：hspicedemo.sp或者h(yuǎn)spicedemo.sp=demo.lis,91,圖形界面方式:,一、啟動(dòng)GUI1.從命令行啟動(dòng):%hspicegui初始化屏幕包含下列選項(xiàng):“SetupaNewSimulation”；”O(jiān)penanExistingSimulation”；選擇“SetupaNewSimulation”就會(huì)打開一個(gè)窗口，詢問新仿真文件名字和仿真方式(HSPICEORHSPICERF)。新的仿真文件有一個(gè).wrk的擴(kuò)展名，包含該設(shè)計(jì)的GUI配置。選擇”O(jiān)penanExistingSimulation”打開一個(gè)窗口，使你能夠?yàn)g覽已有的.wrk文件or輸入文件名。,92,圖形界面方式:,一、使用HSPICEGUIWorkbench該Workbench包括下面四個(gè)任務(wù)：指定網(wǎng)表和仿真選項(xiàng)；啟動(dòng)仿真；運(yùn)行仿真；觀察分析輸出。1.SpecifyingNetlistandSimulationOptions網(wǎng)表和仿真界面允許用戶使用對(duì)各種仿真運(yùn)行都通用的網(wǎng)表和仿真選擇，這在仿真啟動(dòng)時(shí)規(guī)定。也允許針對(duì)專門設(shè)計(jì)的網(wǎng)表文件。SimulationSetupbuttonandtheManualCmdstab。2.SettingUpSimulations這個(gè)界面用來設(shè)置指定HSPICE執(zhí)行的仿真分析。這些分析可通過不同名字組成仿真，可通過指定順序以批處理方式運(yùn)行。3.RunningSimulations仿真可通過點(diǎn)擊SimulationSettingsButton來設(shè)置。4.ViewingAnalysisOutput,93,圖形界面方式:,94,使用MetaWaves瀏覽波形,啟動(dòng)MetaWaves:在UNIX的cmdshell的提示符下，鍵入awaves&,回車即進(jìn)入MetaWaves的工作環(huán)境。,95,使用MetaWaves瀏覽波形,模擬文件的打開與關(guān)閉:點(diǎn)開Design菜單，其中的Open和Close命令分別用來打開和關(guān)閉待顯示波形的模擬文件。,96,使用MetaWaves瀏覽波形,Tools窗口:提供了一些常用的工具，如下圖所示：,97,使用MetaWaves瀏覽波形,結(jié)果編輯窗口:打開一個(gè)模擬文件后，就彈出ResultBrowser窗口用來編輯待顯示的結(jié)果。可以直接顯示的輸出列在curves子窗口中。選定一個(gè)變量后，直接用鼠標(biāo)中鍵拖進(jìn)主菜單中的波形顯示區(qū)，即panel中即可。,98,使用MetaWaves瀏覽波形,表達(dá)式編輯窗口:點(diǎn)開Tools中的ExpressionBuilder,出現(xiàn)該窗口。該窗口提供了常用的函數(shù)和運(yùn)算符，能實(shí)現(xiàn)對(duì)已有輸出波形的函數(shù)運(yùn)算。它的結(jié)果也能被顯示出來。,99,使用MetaWaves瀏覽波形,波形瀏覽區(qū)編輯菜單Panels:有時(shí)要顯示的波形很多，在一個(gè)窗口中放不下，就需要開多個(gè)窗口。該菜提供了窗口的Add,Hide,Delete,AddLabel,DeleteLabel等操作；以及單個(gè)窗口中DeleteCurves的操作。,100,使用MetaWaves瀏覽波形,波形顯示編輯菜單Windows:對(duì)一個(gè)Panel中的波形的顯示模式進(jìn)行編輯，包括X軸，Y軸，X軸/Y軸的放大(ZoomIn)、縮小(ZoomOut)，移動(dòng)(Pan)，以及全圖顯示(Full)，恢復(fù)上一視圖(LastZoom),以及視圖設(shè)置(SetZoom)。,101,使用MetaWaves瀏覽波形,測(cè)量菜單Measure:它提供了對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量的一些基本工具，用戶可以選擇點(diǎn)測(cè)量(Point)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)量(PointToPoint)，測(cè)量完之后可以清除測(cè)量標(biāo)記(DeleteMeasure或DeleteAllMeasure)。在MeasureLabelOptions或MeasurePreference項(xiàng)中調(diào)整一些測(cè)量的參數(shù)，比如精度等。,102,使用MetaWaves瀏覽波形,例子：,103,PC上軟件的安裝和使用,1.Hspice的安裝2.License配置,104,Hspice圖例,105,Hspice圖例,106,107,Hspice輸入文件類型及標(biāo)準(zhǔn)名稱,配置文件（meta.cfg）此文件設(shè)置打印機(jī)、繪圖儀和終端。文件包括一行default_include=，用于設(shè)置缺省的.ini文件的路徑。def