集成電子學：第四章 電路模擬與SPICE的使用

第四章電路模擬與SPICE的使用4.1電路模擬與分析的作用

1．電路設計的任務：

（１）根據(jù)所要求的電路性能，例如速度.功耗.電源電壓.邏輯操作類型.信號電平的容限等確定電路的結構和各元器件的參數(shù)：（２）考慮工藝上可能發(fā)生的偏差和使用溫度上的變化等，使所設計的電路仍能達到規(guī)定的性能．２．電路設計的步驟：設計者根據(jù)電路框圖，利用CAD方法進行電路結構的設計并初步確定元器件參數(shù)，然后對該電路進行計算機模擬分析，再根據(jù)分析結果進行修改，經(jīng)過多次反復，最后得到符合要求的電路．３．電路的計算機輔助分析：（１）電路模擬在給定電路結構和元器件參數(shù)的條件下，確定電路的性能指標．（２）電路優(yōu)化在指定的性能指標及電路結構條件下，確定電路中指定元器件的參數(shù)最佳值．４．電路的模擬程序廣泛使用的有：

（１）SPICE（SimulationProgramwith

IntegratedCircuitEmphasis）主要用于集成電路的仿真程序（２）PSPICE（Personalcomputer’sSPICE）在個人計算機上運行的SPICE

（３）HSPICE（HighaccuracySPICE）高精確度的SPICE5．電路模擬程序流程圖4.2

SPICE的功能：

SPICE是一個電路級的模擬器，主要用來對數(shù)字的或模擬的電路做非線性直流、非線性瞬態(tài)和線性交流分析。電路的組成元件可以有電阻、電容、電感、獨立電壓和電流源、四種相關源（線性電壓控制電流源、線性電壓控制電壓源、線性電流控制電流源、線性電流控制電壓源）、無損耗或損耗傳輸線、開關源、均勻分布RC線以及常見半導體器件。

SPICE可以進行的分析類型有：

1.直流分析

(1)直流工作點分析(.OP)(2)直流掃描分析(.DC)(3)直流小信號傳輸函數(shù)計算(.TF)(4)直流小信號靈敏度分析(.SENS)

2.交流小信號分析

(1)交流小信號分析(.AC)(2)噪聲分析(.NOISE)3.瞬態(tài)分析

(1)時域波形分析(.TRAN)(2)傅里葉分析(.FOUR)4.配合直流、交流和瞬態(tài)分析一起使用的分析（PSPICE）

(1)最壞情況分析(.WCASE)(2)蒙特卡羅分析(.MC)(3)參數(shù)掃描分析(.STEP)(4)溫度分析(.TEMP)

5.電路描述

PSPICE的輸入文件的建立有兩種形式：以PSPICE源程序的形式編寫文本文件；用Schematics環(huán)境，通過畫電路原理圖的形式建立原理圖輸入文件。文本文件的電路描述如下：整個電路可以用元器件描述語句、模型語句、子電路語句、控制語句和說明語句來描述。文本文件為自由格式：標題語句—

第一句，任何字符組成，無格式要求；結束語句—

.END，程序結束；注釋語句—

以“★”開始的一行。續(xù)行，一行80個字符，超過可續(xù)行，續(xù)行第一行為“+”。其余語句無順序限制。4.3SPICE使用舉例(P.126)*TOGGLECELL**INPUTLISTING*VDD10DC5VVBB16DC-2,5VV1140PULSE0V5V20NS10NS10NS55NS160NSV2150PULSE0V5V100NS10NS10NS55NS160NSVN440DC5VME676016MENH1L=5UW=10UMD317716MDEP1L=25UW=5UME898016MENH1L=5UW=10UMD419916MDEP1L=25UW=5UME9109016MENH1L=5UW=10UMD51101016MDEP1L=25UW=5UME4104516MENH1L=5UW=10UME5514616MENH1L=5UW=10UME7715816MENH1L=5UW=10U*CN5500.03PCN6600.05PCN7700.04PCN8800.06PCN9900.18PCN101000.18P*.TRAN5NS500NS.PLOTTRANV(14)V(15)V(9)V(10)(0,5).WIDTHOUT=90********ENHANCEMENTLEVEL1***************.MODELMENH1NMOS(LEVEL=1VTO=0.75KP=15E-6+GAMMA=0.46CGSO=4.5E-10CGDO=4.5E-10CJ=1.0E-4+CJSW=1.0E-9JC=1.0E-7LD=1.25E-6XQC=0.4)********DEPLETIONLEVEL1***************.MODELMDEP1NMOS(LEVEL=1VTO=4.7KP=12E-6+GAMMA=0.4CGSO=4.5E-10CGDO=4.5E-10CJ=1.0E-4+CJSW=1.0E-9JC=1.0E-7LD=1.25E-6XQC=0.4)**.END模擬結果4.4PSPICE程序的介紹與應用（一）PSPICE電路仿真的基本步驟：

1.確定電路初始方案根據(jù)設計指標要求，首先確定電路拓撲結構及元器件參數(shù)。

2.建立電路輸入文件

3.運行PSPICE仿真程序

4.輸出并觀察仿真運行結果

5.分析并判斷電路性能是否滿足設計要求流程圖如下：

設計要求運行PSPICE仿真程序

確定電路結構元器件參數(shù)庫.lib輸出并觀察仿真結果是否滿足設計要求電路最終方案修改電路結構及參數(shù)確定電路結構和元器參數(shù)的初始方案件在schematics環(huán)境下建立原理圖輸入文件（二）PSPICE描述的基本規(guī)則

1.節(jié)點節(jié)點編號的規(guī)則：（1）節(jié)點編號必須是整數(shù)，可以不連續(xù)；（2）0節(jié)點指定為地節(jié)點；（3）每個節(jié)點必須至少連接兩個或兩個以上元件；（4）不能有懸空節(jié)點；（5）每個節(jié)點必須有對地的直流通路。

2.元件單位名稱元件節(jié)點后跟隨元件值。元件值有兩個后綴：數(shù)量級后綴，單位后綴。

字母含義字母含義

F

1×10-15

M

1×10-3

P

1×10-12

K

1×103

N

1×10-9

MEG

1×106

U

1×10-6

G

1×109

MIL

25.4×10-6

T

1×1012（1）PSPICE的數(shù)量級后綴注：(a)不區(qū)分大小寫，如：M和m均代表1E-3；(b)106是用MEG表示，而不是M。

（2）PSPICE的單位后綴

V=伏特A=安培HZ=赫茲OHM=歐姆H=亨F=法拉DEG=度采用國際單位制，單位后綴可以忽略，例如：電感值為20uH，可以寫作“20u”或“20UH”。3.電路元器件描述

電路元件和電源用名稱的第一個字母作為標志（關鍵字），元件名字長可以有8位字母。關鍵字母按順序排列在下表：

字母含義字母含義

BGaAsMES場效應管

C電容

D二極管

E電壓控制電壓源

F電流控制電流源

G電壓控制電流源

H電流控制電壓源

I獨立電流源

JJFET結型場效應管

K互感

L電感

MMOS場效應管

N數(shù)字輸入信號

O數(shù)字輸出信號

Q雙極型三極管

R電阻

S電壓控制開關

T傳輸線

U數(shù)字器件

V獨立電壓源4.元器件模型描述PSpice中有許多元器件使用.MODEL語句描述模型參數(shù)值。模型語句的語句格式為

.MODELMNAMETYPE(PNAMEl=PVALlPNAME2=PVAL2...)+(DEV=VALD)(LOT=VALL)

例如：

.MODELQMODlNPN(1S＝2E-16BF＝120RB=50+VAF=70CJE＝5PCJC＝2P)

其中MNAME是模型名，它與器件描述語句中的模型名相對應。允許多個器件使用同一組模型參數(shù)。TYPE為元器件模型類型，下表中列出了PSpice中各種元器件模型類型的關鍵字。模型參數(shù)值由括號內的參數(shù)名和參數(shù)值給出。每種類型的元器件有自己一套參數(shù)。元器件類型

模型類型關鍵字

元器件類型

模型類型關鍵字

電阻RESN溝JFETNJF

電容CAPP溝JFETPJF

電感INDN溝MOS管NMOS

互感(磁芯)

COREP溝MOS管PMOS

二極管DN溝GaAs場效應晶體管GASFET

NPN晶體管NPN

電壓控制開關VSWITCH

PNP晶體管PNP

電流控制開關ISWITCH

（三）無源元件描述語句格式為：

<元件名><正節(jié)點><負節(jié)點><元件值><元件模型或參數(shù)>

例如，假設電流從正節(jié)點流向負節(jié)點，右圖電路中元件描述語句如下：753+-v0

R1751KL1531.5mHC13010UF

(1)電阻描述語句

PSpice中的電阻是個線性元件。在老版本的網(wǎng)單描述中，它可以直接用電阻語句描述，也可以再通過模型語句來描述。電阻的描述語句格式是：

RXXXXXXXN+N-<(MODEL)NAME>VALUE<TC＝TCl<，TC2>>

舉例：

RLOAD8012KR245RMOD1R11575TC=0.005，0.002

其中R為電阻關鍵字，后面可以緊接著多個字母或數(shù)字；N+，N-分別表示電阻的兩個節(jié)點號；<(MODEL)NAME>是模型名稱；VALUE是電阻值，單位是歐姆。TCl和TC2分別是一階、二階溫度系數(shù)。

電阻可以設模型語句，其格式為

.MODELMNAMERES(R＝PVALl<TCl＝PVAL2><TC2＝PLA3><TCE＝PVAL4>)

其中，MNAME是模型名稱，應與對應的電阻描述語句中的模型名稱一致；RES是電阻模

型關鍵字；R定義電阻倍乘系數(shù)；TCl，TC2分別為一階、二階溫度系數(shù)；TCE定義指數(shù)溫度系數(shù)。

電阻溫度公式為

R(T)=RRo[1+TC1(T-To)+TC2(T-To)]

其中Ro是電阻描述語句中的電阻值，To是常溫300K。

舉例：

R235RMOD50.MODELRMODRES(R=1TCl＝0.02TC2＝0.005)

(2)電容描述語句電容描述語句格式是

CXXXXXXXN+N一

<(MODEL)NAME>VALUE<IC＝INCOND>

語句中各變量意義同前，IC用來規(guī)定初始條件，在瞬態(tài)分析語句中設有關鍵字UIC時，IC的賦值才起作用。

電容的模型語句格式是

.MODELMNAMECAP(C=PVALl

VCl=PVAL2+VC2=PVAL3TCl=PVAL4TC2=PVAL5)

其中，PVAL1是電容倍乘系數(shù)，VCl，VC2分別是電容的一階、二階電壓系數(shù)，如果設有二階系數(shù)VC2，則電容為非線性元件。

C21211ACAP20NFIC=1.5V.MODELACAPCAP(C=1VC1=0.01VC2=0.002TC1=0.02TC2=0.005)

(3)電感描述語句電感描述語句格式是

LXXXXXXXN+N一

<(MODEL)NAME>VAIUE<IC＝INCOND>

語句中各變量意義同前，IC用來規(guī)定初始條件，在瞬態(tài)分析語句中設有關鍵字UIC時，IC的賦值才起作用。

電感的模型語句格式是

.MODELMNAMEIND(L=PVALlIL1=PVAL2+IL2=PVAL3TCl=PVAL4TC2=PVAL5)

其中，PVAL1是電感倍乘系數(shù)，ILl，IL2分別是電容的一階、二階電流系數(shù)，如果設有二階系數(shù)ILC2，則電感為非線性元件。例如：

LLOAD1211LMOD2UHIC=0.5A.MODELLMODIND（L=1IL1=0.1IL2=0.002TC1=0.02TC2=0.005）

(4)互感描述語句語句格式為：

KXXXXXXXL<1stname>L<2ndname><couplingvalue>CouplingValue是互感系數(shù)k的值

(5)無耗傳輸線描述語句

語句格式：

TXXXXXXX

NA+NA-NB+NB-Z0=<value>[TD=<value>][F=<value>NL=<value>]

其中NA+,NA-是輸入端正負節(jié)點，NB+,NB-是輸出端正負節(jié)點，Z0為特征阻抗，TD是傳輸線延遲時間，F(xiàn)是傳輸頻率，NL是在頻率為f時，歸一化的傳輸線電學長度對應的傳輸線波長，NL默認值是0.25。

(5)電流控制開關描述語句

WXXXXXXX

N+N-VNWNAMEVN是控制電流流過的電壓源，語句舉例如下：

W165VNRELAY.MODELRELAYISWITCH(RON=0.5ROFF=10E+6ION=0.07IOFF=0.0)（四）有源器件描述器件描述語句描述的是半導體二極管，雙級型三極管和MOS管等常用器件。

(1)二極管描述語句二極管模型既適用于結型二極管，也適用于肖特基勢壘二極管。二極管描述語句和模型語句格式如下：

DXXXXXXXN+N-MNAME<AREA><OFF><C＝VD>.MODELMNAMED(PNAMEl＝PVALlPNAME2＝PVAL2…)

在二極管描述語句中，N+和N一分別為二極管。的正負節(jié)點，MNAME是模型名，可選項AREA是面積因子，可選項OFF是直流分析時所加的初始條件，IC＝VD是瞬態(tài)分析的初始條件。

在模型描述語句中MNAME是與器件描述語句中MNAME對應的模型名稱，D是二極管類型關鍵字，后面PNAMEl…是模型參數(shù)。二極管有15—25個模型參數(shù)，不同的SPICE版本，具體參數(shù)有所差別，其中決定二極管直流特性的參數(shù)有IS，VJ，N，RS，ISR，NR，BV，IBV。頻率特性和瞬態(tài)特性由擴散電容、勢壘電容和載流子渡越時間決定。電容由參數(shù)CJ0，VJ，M和FC描述，擴散電容由渡越時間TT，IKF，IS，N來描述。反向擊穿特性由參數(shù)BV和IBV決定。與溫度有關的參數(shù)是XTI，EG，ISR，NR等等，此外還有噪聲參數(shù)KF，AF。

例如：

D174D1N3910.MODELD1N3910D(1S＝20.07FRS＝3.842MIKF＝2.963N＝1+EG：1.1lCJO＝111.?PM＝0.2683VJ＝0.75FC＝0.5XTI＝3ISR＝805.6NNR＝2TT＝369.9N)

(2)雙極型晶體管描述語句

PSpice中的雙極型晶體管采用的是EM2模型和改進GP模型。模型參數(shù)有40余個。雙極型晶體管描述語句和模型語句格式如下：

QXXXXXXXNCNBNE(NS)MNAME(AREA>(OFF)(1C：VBE，VCE>.MODELMNAMENPN(或PNP)(PNAMEl＝PVALlPNAME2＝PNAL2…)

其中NC，NB，NE，NS分別是集電極、基極、發(fā)射極和襯底的節(jié)點。未規(guī)定NS，可認為其接地。MNAME是模型名；AREA是面積因子，缺省值是1.0；OFF是直流分析時的一種初始條件；IC＝VBE，VCE是瞬態(tài)分析初始條件。

語句舉例：

Q52452N29071.5.MODEL2N2907PNP(IS=9.913E-15XT1=3EG=1.11+VAF=90.7+BF=197.8NE=2.264ISE=6.191E-12+IKF=.7322XTB=1.5+BR=3.369NC=2ISC=0IKR=0+RC=1CJC=14.57E-12VJC=.75+MJC=.3333FC=.5+CJE=20.16E-12VJE=.75MJE=.3333+TR=29.17E-9+TF=405.7E-12+ITF=.4VTF=10XTF=2)

雙極型晶體管直流模型有NPN和PNP兩種類型。直流模型參數(shù)中IS，BF，NF，ISE，IKF和NE決定正向電流增益，IS，BR，NR，ISC，IKR和NC決定反向電流增益。頻率和瞬態(tài)模型參數(shù)中，B—E結勢壘電容有關參數(shù)是CJE，VJE，MJE和FC，B—C結勢壘電容有關參數(shù)是CJC，VJC，MJC和FC，C—S結由CJS，VJS和MJS決定；VAF和VAR參數(shù)決定正向和反向輸出電導；基區(qū)電荷存儲效應用正向渡越時間TF和反向渡越時間TR確定；對于GP模型，基區(qū)體電阻RB隨大電流變化，用參數(shù)IRB和RBM描述；TF隨電壓變化，用參數(shù)XTF，ITF和VTF描述。溫度有關參數(shù)是EG和XTI。閃爍噪聲由參數(shù)KF和

AF確定。例：顯示BJT輸出特性的PSPICE程序*EXAMPLEBJTI1011MV2201VQ1210QMOD.MODELQMODNPN(IS=9.913E-15XTI=3EG=1.11+VAF=97BF=197.8NE=2.264ISE=6.191E-12+IKF=.7322XTB=1.5BR=3.369NC=2ISC=0IKR=0+RC=1CJC=14.57E-12VJC=.75MJC=.3333FC=.5+CJE=20.16E-12VJE=.75MJE=.3333TR=29.17E-9+TF=405.7E-12ITF=.4VTF=10XTF=2).DCV2050.1I102M0.5M.PROBE.END

(3)結型場效應管（JFET)

語句格式：

JXXXXXXX

NDNGNSJNAME[(area)value]

其中ND,NG,NS分別是漏極，柵極，源極端，語句舉例：

JQ159JMOD.MODELJMODPJF(IS=100E-14RD=10RS=10+BETA=1E-3CGD=5PF+CGS=1PFVTO=5)

(4)

金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)

MOS晶體管描述語句和模型語句格式如下：

MXXXXXXXNDNGNSNBMNAME<L＝VAL>+<W＝VAL><AD＝VAL><AS＝VAL><PD＝VAL>+<PS＝VAL)<NRD＝VAL><NRS＝VAL)<OFF>+<IC＝VDS，VGS，VBS).MODELMNAMENMOS(PMOS)(PNAMEl＝PVALlPNAME2＝PVAL2…)

例如：

M118400MODW＝250UL＝5U.MODELMODNMOS(LEVEL＝1PHI＝0.7KP＝1.0E-6+GAMMA＝1.83VTO＝0.5LAMBDA＝0.115CGSO＝1U+CGDO＝1UCBD＝50PCBS＝50P)

其中ND，NG，NS和NB分別是MOS管的漏、柵、源和襯底節(jié)點。MNAME是模型名。L和W是溝道長度和寬度，AD和AS是漏和源擴散區(qū)的面積，PD和PS是漏結和源結的周長，NRD和NRS表示漏和源擴散區(qū)等效電阻率的方塊數(shù)。PSpice中的四級模型用變量LEVEL來指定，即

LEVEL＝lShichman—Hadges模型(是缺省模型)’LEVEL＝2基于幾何圖形的一種二維分析模型

LEVEL＝3半經(jīng)驗短溝道模型

LEVEL＝4適用于亞微米的BSIM模型MOS管的模型在PSpice中相應分為4級(在SPICE3中有6級，在HSPICE中有二十余種MOS模型)。模型參數(shù)有40～60個，大多是工藝參數(shù)。

例：顯示MOSFET輸出特性的PSPICE程序*EXAMPLEBJTV1101V2201VM1210OMODL=5UW=20U.MODELMODNMOS(LEVEL=1PHI=0.7KP=1.0E-6+GAMMA=1.83VTO=0.5LAMBDA=0.115CGSO=1U+CGDO=1UCBD=50PCBS=50P).DCV2050.1V1020.5.PROBE.END（五）電源描述語句

Spice程序有6種電源模型：指數(shù)源，脈沖源，調幅正弦信號源，分段信號源，單頻調頻源和多項式電源。

Spice中的電源又可分為獨立電源以及線性受控源和非線性受控源。

Spice中的獨立源有獨立電壓源和獨立電流源兩種，分別用關鍵字V和I表示。它們又分為直流源、交流小信號源和瞬態(tài)源，可以組合在一起使用。（1）直流源

描述語句格式如下：

VXXXXXXXN+N-DCVALUEIXXXXXXXN+N-DCVALUE

例如：

VCC100DC12VIB031MA

其中關鍵字DC可以省略。

（2）交流小信號源

描述語句格式如下：

VXXXXXXXN+N-AC<ACMAG<ACPHASE>>IXXXXXXXN+N-AC<ACMAG<ACPHASE>>

其中，ACMAG和ACPHASE分別表示交流小信號源的幅度和相位，如果省去相位值，程序自動設置ACPHASE＝0。例如：

V110ACl

因為交流小信號分析是線性分析，通常設置輸入源幅度是1，相位是0，計算出的輸出幅度即為增益，相位值即為相位差。

（3）瞬態(tài)源

Spice軟件為瞬態(tài)分析提供了五種激勵信號波形供用戶選用。下面介紹這五種信號的波形特點和描述該信號波形時涉及到的參數(shù)。其中電平參數(shù)針對的是獨立電壓源。對獨立電流源，只需將字母V改為I，其單位由伏特變?yōu)榘才唷?/p>

(a).脈沖信號源(Pulse)

脈沖信號是在瞬態(tài)分析中用得較頻繁的一種激勵信號。描述脈沖信號波形涉及到7個參數(shù)。描述語句格式如下

VXXXXXXXN+N-PULSE(V1V2TDTRTFPWPER)IXXXXXXXN+N-PULSE(I1I2TDTRTFPWPER)TD,TR,TF,PW和PER分別為延遲時間，上升時間，下降時間，脈寬和周期。語句舉例：

V110PULSE(-1150US2NS2NS50US100US)VV2V10ttDtR

PWtF

T

脈沖信號波形（例）（b）指數(shù)源指數(shù)源的模型名為EXP，語句格式為：

VXXXXXXXN+N-EXP(V1V2TD1TC1TD2TC2)IXXXXXXXN+N-EXP(I1I2TD1TC1TD2TC2)0VV2TC1TC2TD2TD1V1t

指數(shù)源模型參數(shù)名稱參數(shù)定義單位默認值

V1初始值(V1)

V

V2最大幅值(V2)

V

TD1上升延遲時間

s

0

TC1上升時間常數(shù)

s

TSTEP

TD2下降延遲時間

sTRD+TSTEP

TC2下降時間常數(shù)

TSTEP語句舉例：V120EXP(012NS20NS60NS30NS)I110EXP(-222NS20NS60NS30NS)指數(shù)源信號波形（例）（c）分段線性源分段線性信號波形由幾條線段組成。因此，為了描述這種信號，只需給出線段轉折點的坐標數(shù)據(jù)即可。

分段線性源的模型名為PWL，語句格式：

VXXXXXXXN+N-PWL(T1V1T2V2…Tn

Vn)IXXXXXXXN+N-PWL(T1I1T2I2…TnIn)

Ti和Vi分別為轉折點時間和電壓。V0(T1,V1)(T2,V2)(T3,V3)(T4,V4)(T5,V5)t分段線性信號波形（例）

（d）調幅正弦信號源正弦信號源的模型名為SIN，其語句格式為：VXXXXXXXN+N-SIN（V0VAFREQTDALPTHETA）

IXXXXXXXN+N-SIN（I0IAFREQTDALPTHETA）波形參數(shù)值由下式描述：V0

tdVAte-αt語句舉例：

V121

SIN（15V10KHZ1E530DEG）

正弦信號源模型參數(shù)名稱參數(shù)定義單位默認值

V0偏置電壓值（V0）

V

VA幅度（VA）

V

FREQ頻率（f）

Hz

1/TSTOP名稱參數(shù)定義單位默認值

TD延遲時間(td)

s

0

ALPHA阻尼因子

1/s

0

THETA相移因子

DEG

0調幅正弦信號波形(例)

(e)單頻調頻源

單頻調頻源的模型名為SFFM,語句格式為：VXXXXXXXN+N-SFFM（V0VAFCMODFS）

其中V0為偏置電壓，

VA是幅度，F(xiàn)C為載波頻率，MOD為調制系數(shù)，F(xiàn)S為信號頻率。調頻信號與這些參數(shù)之間的關系為：

1.0v0-1.0vt00.40.81.21.6語句舉例：

SFFM(1MV2V30MHZ55KHZ)調頻信號波形(例)

(4)PSpice的電源又可分為兩大類：獨立源和受控源。（a）獨立源獨立源描述語句格式為

<電源名稱>N+N-[DC<直流值>][AC<<幅值><相位>>][<瞬時值>[模型名和參數(shù)]

典型電源描述語句舉例如下：

VIN2040DC2AC1SIN（02V10KHZ）

VPULSE100PULSE（012NS2NS

2NS50US100US）（b）受控源受控源描述語句的格式為：

<源名稱>N+N-NC+NC-<增益值>

其中“增益值”為電壓、電流增益和轉移阻抗、轉移導納。NC+,NC-為控制電壓、控制電流正、負節(jié)點，N+、N-為受控源輸出節(jié)點。(c)線性受控源利用線性模型替代非線性模型或用于建立宏模型（1）電壓控制電流源G：(I=G*Vc,G跨導)GXXXXXXX

N+N-NC+NC-（跨導值）N+N-是受控電流源的正負節(jié)點，NC+NC-是控制電壓的正負節(jié)點。（2）電壓控制電壓源E:(V=AV*Vc,AV

電壓增益)EXXXXXXX

N+N-NC+NC-（電壓增益值）N+N-是受控電流源的正負節(jié)點，NC+NC-是控制電壓的正負節(jié)點。（3）電流控制電流源F:(I=AI*Ic,AI電流增益)FXXXXXXX

N+N-VNAM（電流增益值）N+N-是受控電流源的正負節(jié)點，VNAM是控制電流流過的電壓源的名稱。（4）電流控制電壓源H:(V=H*Ic,H為互阻）HXXXXXXX

N+N-VNAM(互阻值)N+N-是受控電壓源的正負節(jié)點，VNAM是控制電流流過的電壓源的名稱。(d)非線性多項式受控源(多項式電源)用多項式來描述非線性控制關系（1）多項式電源的數(shù)學表達式多項式電源的模型名為POLY（n）。n是多項式的維數(shù)，默認值為1。語句格式為：

POLY（n）<控制節(jié)點對><系數(shù)值>

多項式電源可以表示為：

Y＝f(A,B,C，…）其中A，B，C，…是控制變量，Y為輸出源。當n＝1時，Y的函數(shù)表達式是：

Y＝P0＋P1A＋P2A2＋P3A3＋P4A4＋…＋PnAn

式中P0，P1，…Pn為A變量各次項的系數(shù)，默認值為0。

PSpice將上式寫為：

POLYNC1+NC1-P0P1P2P3…Pn

其中NC1+NC1－分別是控制源A的正、負節(jié)點。當n＝2時，

Y＝P0＋P1A＋P2B＋P3A2＋P4AB＋P5B2＋P6A3＋P7AB2＋P8AB2＋…PSpice將上式寫為：

POLY（2）NC1+NC!-NC2+NC2-P0P1P2P3…Pn

其中NC1+NC2+NC1-NC2-分別代表控制源A，B的正、負節(jié)點，順序不能寫錯。

（2）多項式電源描述語句共有4種多項式受控源形式：電壓控制電壓源（Ｅ)、電壓控制電流源（G）、電流控制電流源（F）、電流控制電壓源（H）。電源描述語句格式如下：

E（orG）XXXXXXX

N+N-POLY(n)<控制節(jié)點對><系數(shù)值>F（orH）XXXXXXXN+N-POLY(n)<控制電流流過的電壓源名><系數(shù)值>

例如，Y=I(VN)+I(VX)+[I(VN)]2＋I(VN)I(VX)的語句格式為：

H160POLY（2）VNVX0.01.01.0

1.0

1.0

即取通過電壓源VN、VX的電流控制節(jié)點6的電壓又如：非線性多項式電壓控制電壓源EXXXXXXXN+N-POLY(控制源數(shù))NC1+NC1-NC2+NC2-…..K0K1K2K3K4K5V=KO+K1V1+K2V2+K3V3+K4V12+K5V1V2+K6V1V3+K7V22+K8V1V2+K9V32

+K10V13+K11V12V2+K12V12V3+K13V23+….*非線性受控源應用

1、二極管模型Gdiode20POLY(1)200K1K2K3……2、非線性電阻H110POLY(1)10R1C1C2…3、求電壓之和E330POLY(2)10200114、求電壓之差E330POLY(2)102001-15、求兩電壓之積E330POLY(2)102000016、電壓微分利用電容充放電電流可得C的電流為微分E224101VN450C501FH330VN1.PRINTTRANV(3)7、電壓積分電容上的電壓為G102101C201F.PRINTTRANV(2)8、解高次方程設1節(jié)點電壓V(1)為x，則多項式電壓控制電流源G的電流受x控制，而x又等于G的電流乘以1歐姆電阻。如求解:x3-3x2+2x+4=0,可化為：x=x4+2x3-3x2+3x+4=(4+3x-3x2+x3)×1則有：EXAMPLEOFSOLVEEQUATIONG01POLY(1)1043-31R101.PRINTDCV(1).END

2x+y+yz=-209、解方程組x3+x2y+y=20

x+y+z=0R1101R2201R3301G101POLY(3)103020–1000.5–0.5G202POLY(2)10202000000–1–1G303POLY(2)10200–1–1.PRINTDCV(1)V(2)V(3).END10、求解電路所消耗的能量H120Vdd-1Emul30POLY(2)201000001R1201R2301C401PLOTTRANV(4)（六）分析指令（1）直流分析指令直流分析中，所有的獨立電源和受控源作為直流源，電感短路，電容開路。

.OP指令（直流工作點分析）設置.OP指令后，打印所有支路電流和節(jié)點電壓，還打印非線性受控源和半導體器件的小信號參數(shù)。如果不設置，則PSpice僅打印各節(jié)點電壓值。

.NODSET指令（節(jié)點設置）計算直流工作點時，可用.NODSET指令來設置某些節(jié)點的初值，以利于DC分析收斂。當直流工作點確定以后，.NODSET指令設置的值對DC分析和瞬態(tài)分析將沒有影響。語句格式：

.NODESETV(1)＝V1V(2)=V2…V(n)=Vn

.SENS指令（直流靈敏度分析）即在電路的偏置點附近將電路線性化后，計算在電感短路電容開路的情況下所觀測變量OUTVAR（節(jié)點電壓或電壓源支路的電流）對電路中所有非零器件參數(shù)的靈敏度

用.SENS指令可進行靈敏度分析，指令格式為：

.SENS<輸出變量>

例句：.SENSV(5)V(2,3)I(V2）I(V5)

.TF指令（小信號傳輸函數(shù)分析）

.TF指令即小信號轉移特性分析指令，可以計算小信號直流增益、電路輸入阻抗和輸出阻抗。語句格式：

.TFVOUTVIN.TFIOUTVIN輸出電流必須通過一電壓源，進行.TF指令分析時，電感短路，電容開路。.TF指令還計算戴維南等效電路參數(shù)，并自動寫入輸出文件。

.DC指令（直流掃描分析）直流分析語句有4種格式：

(a)線性掃描[LIN]

掃描變量從開始點到終止點線性增長，語句格式：

.DC[LIN]<掃描變量名><開始值><終止值><步長值>[(參變量描述)]

其中[LIN]可省略，直流分析默認值為線性掃描。

(b)數(shù)量級掃描[DEC]

掃描變量從開始點到終止點呈以10為底的對數(shù)增長，每數(shù)量級中變化的點數(shù)由<NP>給出。例句：

.DCDECNPNQFAST(IS)1E-181E-145(c)倍頻程掃描[OCT]

掃描變量從開始點到終止點呈以8為底的對數(shù)增長。

(d)任意變化[LIST]

PSpice中直流分析允許參數(shù)離散值變化如：.DCTEMPLIST010275080100－50

定義直流分析工作溫度，列舉出的7個值。（2）交流分析指令.AC指令,常用語句格式如下：

.AC[LIN][OCT][DEC]<NP><起始頻率><終止頻率>在線性分析中，NP表示從起始頻率到終止頻率所有分析點數(shù)目；在按數(shù)量級或倍頻程變化時，NP表示每一數(shù)量級或每倍頻程中的分析點數(shù)目。（3）噪聲分析指令噪聲分析語句要求與交流分析同時進行，語句格式：.NOISE<輸出端><等效噪聲輸入源><打印間隔值>

例句：.NOISEV(6)VIN10

（4）瞬態(tài)分析指令

.IC指令設置瞬態(tài)分析初始條件：

.ICV(1)=V1V(2)=V2…V(N)=VN

.IC設置的初始值只影響瞬態(tài)分析偏置點的計算，瞬態(tài)分析開始后，初始值不再起作用。.TRAN指令語句格式：

.TRANTSTEPTSTOP[TSTARTTMAX][UIC].TRAN[/OP]TSTEPTSTOP[TSTARTTMAX][UIC]TSTEP是打印間隔，TSTOP是分析終止時間，TSTART為打印開始時間，默認值為0，TMAX為最大分析步長，默認值為TSTOP/50。實際分析步長為TMAX，TSTEP和TSTOP/50中的最小值。

UIC(UseInitialConditions)是使用.IC設置的初始值的關鍵字。若帶有UIC字，瞬態(tài)分析前不計算瞬態(tài)分析偏置點，使用.IC定義的值作為電容、電感或非線性器件的初始條件。

.TRAN指令僅打印瞬態(tài)分析靜態(tài)工作點的節(jié)點電壓值，TRAN/OP還打印瞬態(tài)分析中的小信號參數(shù)。例句：

.TRAN/OP100NS200NSUIC（5）傅立葉分析一個周期波用傅立葉級數(shù)表示為：

θ＝2πf，C0是直流分量，Cn是第n次諧波系數(shù),語句格式：

.FOURFREQV1V2V3…Vn.FOURFREQI1I2I3…In

FREQ是基波頻率，V1,V2…(I1,I2…)是需要進行傅立葉分析的電壓（電流）。分析是在TSTOP－PERIOD到TSTOP的時間間隔范圍內進行的。TSTOP為瞬態(tài)分析終止時間，PERIOD是基頻的一個周期，傅立葉分析必須與瞬態(tài)分析同時進行，瞬態(tài)分析時間必須超過一個周期長度。例句：.PRINTDCV(2)，V(3，5)，V(R1)，I(R1)

直流和瞬態(tài)分析時輸出量描述格式含義V(n)節(jié)點N的電壓V(N+,N-)N+和N-兩節(jié)點間的電壓V(<name>)二端元器件的端電壓，name為元器件名Vx(<name>)三端或四端元器件X端的電壓Vxy(<name>)三端或四端元器件x端和y端的電壓(七)輸出指令

.PRINT數(shù)據(jù)打印語句，語句格式：

.PRINT<輸出類型><輸出變量>

格式含義VZ(<name>)傳輸線一端的電壓，name為傳輸線名IX(<name>)進入三端或四端元器件的x端的電流IZ(<name>)進入傳輸線z端口的電流

例句：

VC(Q3)三極管Q3的集電極電壓

VDS(M6)MOS管M6的漏源間電壓

交流分析時的輸出量描述交流分析時，可以在輸出電壓v或電流i后增加一個附加項，意義如下：

附加項含義（不加）輸出幅度量

M輸出幅度量

DB按分貝（DB）輸出幅度量

P相位量

G群延遲量，相位對頻率的偏導數(shù)（dPHASE/dF）

R輸出實部

I輸出虛部

例句

：VM(5)節(jié)點5的對地電壓幅值

VDSP(M6)MOSFETM6的漏源間電壓相位值

噪聲分析時的輸出量描述輸出含義INOISE等效輸入端的噪聲ONOISE輸出端總噪聲DB（INOISE）按分貝輸出的等效輸入噪聲DB（ONOISE）按分貝輸出的總輸出噪聲

.PLOT文本繪圖語句，語句格式：

.PLOT<輸出類型><輸出變量>[<下限值>,<上限值>].PROBE圖形后處理程序

.PROBE指令建立一個數(shù)據(jù)文件probe.dat。執(zhí)行圖形后處理程序probe.exe，可顯示各種電路特性的輸出曲線和其他特征值。

.WIDTH打印寬度語句

.WIDTHOUT＝<value>

打印輸出行寬可以用.width指令設置，必須在80～132之間，默認值80。

(八)其他功能描述語句.END結束語句，表示描述結束。

.INC[（文件名）]包含語句將文件名中的內容插入到輸入文件（.cir）中，省略很多重復描述的內容，但他仍然占用內存。.inc包含語句最多可包含4層。例句：

.INCC:\LIB\INPUT.CIR.MODEL器件模型語句,語句格式：

.MODELMNAMETYPE（P1=V1P2=V2…Pn=Vn）

.LIB庫函數(shù)調用語句，語句格式：

.LIB<path>filename.Lib.LIB指令可調用任意的庫文件。<path>是庫文件的路徑名，如省略，則為當前路徑，文件名如省略，即為當前路徑名的默認庫文件（nom.lib）。庫文件可以包含.MODELl語句、SUBCKT語句、.LIB語句和.END語句。.SUBCKT子電路調用語句。

子電路描述語句：

.SUBCKTSUBNAMEN1N2…:.ENDSSUBNAME

子電路調用語句：

X<NAME>N1N2…SUBNAMEN1,N2為子電路節(jié)點號在描述語句和調用語句中是一一對應連接的.ENDS是子電路結束語句；SUBNAME可以忽略。例句如下：X112EQVT

.SUBCKTEQVT13R1125kR2232kC1230.1uf.ENDSEQVT調用語句，調用eqvt子

電路，1，2是主電路節(jié)點；子電路定義，子電路節(jié)點與主電路節(jié)點順序連接；子電路結束語句，沒有多層嵌嵌套，可省略子電路名。例1、利用子電路語句完成環(huán)形振蕩器分析。.SUBCKTCMOS1234M12144NMODW=6UL=2UM22133PMODW=10UL=2U.MODELNMODNMOS(LEVEL=3TOX=100NUO=575+VTO=1.479KP=20.85PHI=0.6CBD=2.415PPB=0.8+MJ=0.5FC=0.5CGSO=1.51NCGDO=1.485).MODELPMODPMOS(LEVEL=3TOX=100NUO=300+VTO=-1.498KP=10.21NPHI=0.6CBD=3.245PPB=0.8+MJ=0.5FC=0.5CGSO=1.51NCGDO=1.485).ENDSCMOS*CMOSRINGOSCILLATORX112110CMOSX223110CMOSX334110CMOSX445110CMOSX556110CMOSX667110CMOSX771110CMOSX878110CMOSVCC1105V.TRAN0.01U2.0U.PROBE.END例2：子電路宏模型（MACRO-MODEL）試給出下圖某二級管的宏模型及直流參數(shù)。（不考慮串聯(lián)電阻）

解：從圖中看出，正向特性符合二極管模型，故有

時，有代入V=1V,I=2A；V=2V,I=10A,可以求解出

N=1/(0.026*ln10)，Is=0.1。

對于反向特性看出，在-3～-4區(qū)間，呈現(xiàn)電阻特性，-4V為擊穿電壓，在-3V到0V的區(qū)域內，是很小的反響漏電流。所以有如下的等效電路，D1為理想二極管，反向完全截至，該支路在-3V到-4V的區(qū)域導通，呈現(xiàn)0.33歐電阻特性。所以該二極管可以用如下宏模型描述.SUBCKTDIODE12D212DMOD1R1420.33D143DMOD2V312.3V.MODELDMOD1D(參數(shù)l＝PVALl

參數(shù)2＝PVAL2…).MODELDMOD2D(參數(shù)l＝PVALl

參數(shù)2＝PVAL2…).ENDS例3：運算放大器LM111宏模型