電路仿真SPICE入門

1、SPICE入門甘才軍的SPICE電路仿真筆記關(guān)鍵詞：電工學(xué)；EDA1 .簡(jiǎn)介SPICE-simulation program for integrated circuit emphasis 。他將計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)值技術(shù)、晶體管模型很好地結(jié)合在一起，可以驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)電路行為。是 EDA技術(shù)的基礎(chǔ)。其發(fā)展史：前身：1968年第一個(gè)非線性電路仿真程序cancer1971年改進(jìn)的cancer版本，更名為SPICE1975年SPICE21983年，SPICE2G61993年用 C語言編寫的比較成熟的版本 SPCE3F1997年最新版本SPICE3F5SPICE已經(jīng)成為事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。PSIPCE是

2、SPICE移植到PC機(jī)上的產(chǎn)品。PSIPCE在不但擴(kuò)展，已經(jīng)偏離了標(biāo)準(zhǔn)的 SPICE 語法，使用時(shí)需注意。現(xiàn)在大多數(shù)電路仿真軟件都可以直接收入電路，但電路圖輸入方法不能取代SPICE語言描述電路的方法。 元件的建模、電路結(jié)構(gòu)的研究、對(duì)于分析功能的使用等都要求對(duì) SPICE 有較深入的理解。只有在掌握 SPICE語言的基礎(chǔ)上，才能使用電路仿真軟件。用SPICE可以對(duì)電路的分析包括：電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；直流掃描分析；直流小信號(hào)的傳輸函數(shù)、交流分析、瞬態(tài)分析、靈 敏度分析、噪聲分析、畸變分析、蒙特卡洛分析。spice中電路可接受的元件：表2-1 SllCE中電踣可以接受的元件元件英文名稱元件名稱Ind

3、eperMknt urwl UepenH產(chǎn)nl vullage Hnd rtiirenl vnu一獨(dú)力電源與受控源R fsisl口 形電阻Capacitors電容也感Mill mil influrhir*互感Tmingmi蜩儒的 lirtpii傳輸線(>innnl pl運(yùn)算放大器Switches壓控與癱控開關(guān)Dioiles二極管Bip加三極替MOS imnsixl1心MOS管JFKT結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管MESFETGaAn場(chǎng)效腳管在分析時(shí)每種元件都有相應(yīng)溫度、默認(rèn)溫度時(shí)27攝氏度。2 . SPICE電路文件2.1. 如何描述電路一個(gè)完整文件的具體形式：TITLE STATEMENT* ELF M

4、E XT STAf MEM'SCOMMAND CONTROLST ATE MEM'SOLTJH T >TATEV1EMS一 E、D標(biāo)強(qiáng)行）（注群行）（元件語句）（續(xù)行）（續(xù)行）分析語句）（輸出語句）（結(jié)束語句）spice用節(jié)點(diǎn)電壓法求電解電路。所以首先要為電路的節(jié)點(diǎn)編寫名稱、節(jié)點(diǎn)的名稱可以 是任意的字符串，但參考節(jié)點(diǎn)的名稱必須為“0”。下圖用數(shù)字表示所有節(jié)點(diǎn)。這里的節(jié)點(diǎn)與電路中的節(jié)點(diǎn)稍有不同。任意元件外接端點(diǎn)都是節(jié)點(diǎn)。spice算法要求任何節(jié)點(diǎn)必須要有到參考節(jié)點(diǎn)的通道。若不滿足此條件，編寫電路前要 在此節(jié)點(diǎn)到參考節(jié)點(diǎn)間加一個(gè)大的電阻（阻值要足夠大，如 10e20）,此電阻

5、的存在不會(huì)影 響電路的特性。I2V* 標(biāo)題 my first title R11210R21010R32310R40310* 113DC12Is02DC1.OP.print V（1） V（2） V（3） .end2.2. 元器件值的寫法T=1e12G=1e9MEG=1e6K=1e3M=1e-3U=1e-6N=1e-9P=1e-12F=1e-15電路元器件不區(qū)分大小寫、一律轉(zhuǎn)換為大寫元器件值可不帶單位，為標(biāo)準(zhǔn)單位，電壓（ V）、電流（A）電容（F）,電感（H）,電阻 （建）等。2.3. 電路文件的編輯和運(yùn)行文件擴(kuò)展名：.cir 運(yùn)行和編輯與仿真軟件有關(guān)3 .元件語句3.1. 電阻、電容和電感3.

6、1.1. 電阻（R）R<name> N1 N2 value如 R input 0 10R1 1 0 1meg3.1.2. 電容和電感C < TlLIIEir > N1 2 VhIut < IC >.< Huriir > M N上 VuIlm1 < Hi >其中，<IC>是初始值，電容，為電壓，電感為電流如C1 12 1u 5L1 13 1m省略初始值表示初始值為03.2. 電源3.2.1. 獨(dú)立恒壓源和恒流源V<name> N1 N2 type valueI<name> N1 N2 type val

7、ue type為類型，DC或AC或TRAN3.2.2. 線性受控源(1)壓控電壓源E<name> N1 N2 NC1 NC2 value(2)流控電流源F<name> N1 N2 Vcontrol value(3)壓控電流源G<name> N1 N2 NC1 NC2 value(4)流控電壓源H<name> N1 N2 Vcontrol value在壓控電源中，控制電壓的端點(diǎn)是 NC1和NC2,在流控電源中，控制電流是流過電壓 源Vcontrol中的電流。Vcontrol可能是電路中的電壓源， 也可能是為了測(cè)量支路電路而加入 的0V電壓源3.2.

8、3. 分段線性化電源分段線性化電源的語句為：V<name> N1 N2 PWL(T1 V1 T2 V2 T3 V3 .)PWL 是分段線性化電源的標(biāo)志，T1 V1 T2 V2 分別是各拐點(diǎn)的時(shí)間的電壓值4 . 直流分析語句4.1. .OP 分析語句OP 是分析直流電路最常用的命令，它指示spice 計(jì)算：各節(jié)點(diǎn)電壓 流過獨(dú)立恒壓源中的電流 每個(gè)元件的靜態(tài)工作點(diǎn)4.2. .DC 分析語句對(duì)直流電源的參數(shù)進(jìn)行掃描計(jì)算，形式為.DC Sourcename START STOP STEPSTART:起始值，STOP:終止值、STEP,步長(zhǎng) 如： .DC V1 1 10 0.1 也可以進(jìn)行雙

9、參數(shù)掃描： .DC V1 1 10 0.1 V2 1 5 1掃描計(jì)算的點(diǎn)數(shù)為V1 的點(diǎn)數(shù)與V2 的點(diǎn)數(shù)積4.3. .TF 語句.TF OUTSOURCE INSOURCE OUTSORCE 為輸出變量，INSOURCE 為輸入變量指示 SPICE 計(jì)算電路的直流小信號(hào)特性：輸出變量和輸入變量的比值(如增益或傳輸函數(shù)) 輸入段的輸入電阻 輸出端的輸出電阻用此命令可以計(jì)算有源二端口網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路。但要注意，如果電路中含有多個(gè)電源， 要分別計(jì)算針對(duì)每個(gè)電源的直流小信號(hào)傳輸函數(shù)，戴維南等效電路的開路電壓是各個(gè)單獨(dú)電源的作用之和。5 .輸由語句輸出語句的形式為：. PRINT TYPE 0V1 O

10、V2 OV3 .PLOT TYPE OVI O2 OV3 一.plot繪圖輸出變量 OV1/OV2/OV3type 是 DC 或 AC 或 TRAN6 .子電路的定以和調(diào)用子電路的定義格式：.SLBCKT SUBNAME N1 、2 N3 .一 <fl>>t：M)S SI AME例如，由R1、R2并聯(lián)組成的一個(gè)子電路可定義為：.subckt R1_R2 a bR1 a b 1kR2 a b 10meg.ends R1_R2T電路調(diào)用語句的標(biāo)識(shí)符是x, 一般格式為X < nanir > M N2 N3 SUBNAME上面的子電路的調(diào)用語句為：.X11 2 R1_R2

11、注意，除了 “ 0”節(jié)點(diǎn)是全局節(jié)點(diǎn)，子電路中的其他任何節(jié)點(diǎn)只是局部節(jié)點(diǎn)。7. .model語句與二極管、開關(guān)在spice中的表示7.1. .model 語句在spice中，.model語句定義元件的模型參數(shù)。元件的模型就像模板，只有填上模型參 數(shù)值才能實(shí)例化為元件。只有 spice內(nèi)核中預(yù)定義的模型才能用，.model定義參數(shù)，每個(gè)參 數(shù)都有相應(yīng)的關(guān)鍵字，.model語句的形式為：v niiMjrll pp （兇mm產(chǎn)r vuJut）modelname是元件名稱，type是spice內(nèi)預(yù)定義的元件模型的名稱，（）中是對(duì)元件模型中的參數(shù)定義。spice3f5中的模型名稱如下：2-2 元件模型名將

12、模型名稱元件名稱模型名稱元件名稱n中出體也陽C半導(dǎo)體電容小IK控開關(guān)?？亻_局L1RC均勻分布的中；參數(shù)LTHA損耗傳輸壓)二被管WNNPN三極管PN PMFM一道幃壁場(chǎng)效酒管PJFP溝道站整場(chǎng)效管5IMOS、溝道 MOSFETP 南道 MOSFETMMFM 溝道 QA* MESR：TPMFF ；*道MESFET調(diào)用已經(jīng)實(shí)例化的元件跟元件模型的類型有關(guān)。7.2. 開關(guān)模型7.2.1. 壓控開關(guān)模型定義：.model SWName SW(RON= VON= ROFF=)各參數(shù)默認(rèn)值RON = 1 fl, VON = I V.RUFF =開關(guān)調(diào)用語句S<name> N1 N2 NC1 N

13、C2 SWName7.2.2. 流控開關(guān)模型定義：.model swname CSW(RON= VON= ROFF=)調(diào)用：W<name> N1 N2 Vname Swname例如：W1 N1 N2 V1 SWName1.model SWName1 SCW(RON=10 VON=0 ROFF=100MEG)7.3. 二極管模型模型定義：.model diodename D( (IS = N = Rs= CJO = Tt= BV = IBV =.)二極管調(diào)用：D<name> N+ N- diodenameN+是陽極，N-是陰極二極管參數(shù)與默認(rèn)值：符號(hào)參數(shù)名希般認(rèn)奧型值單位Svmhd每數(shù)名稱IkEaiihTypiral aliienitB反向擊穿電保1r 4 30A發(fā)加泵數(shù)11EG禁帶能沱LIL H*VXU館卻電流溫度指數(shù)3.03.0KF閃燥喙聲露垃00AF閃爆-由指數(shù)j1FC正偏置禮寫舊容系數(shù)0 50.5IB反向擊穿電源0, IMIII.Oe-03XTMOM參數(shù)測(cè)狀溫度27