电路模拟实验专题
实验文档
一、简介
本实验专题基于SPICE（Simulation Program With Integrated Circuit）仿真模拟，讲授电路模拟的方法和spice仿真工具的使用。
SPICE仿真器有很多版本，比如商用的PSPICE、HSPICE、SPECTRE、ELDO，免费版本的WinSPICE，Spice OPUS等等，其中HSPICE和SPECTRE功能更为强大，在集成电路设计中使用得更为广泛。因此本实验专题以HSPICE和SPECTRE作为主要的仿真工具，进行电路模拟方法和技巧的训练。
参加本实验专题的人员应具备集成电路设计基础、器件模型等相关知识。
二、Spice基本知识 (2)
无论哪种spice仿真器，使用的spice语法或语句是一致的或相似的，差别只是在于形式上的不同而已，基本的原理和框架是一致的。因此这里简单介绍一下spice的基本框架，详细的spice语法可参照相关的spice教材或相应仿真器的说明文档。
首先看一个简单的例子，采用spice模拟MOS管的输出特性，对一个NMOS管进行输入输出特性直流扫描。VGS从1V变化到3V，步长为0.5V；VDS从0V变化到5V，步长为0.2V；输出以VGS为参量、ID与VDS之间关系波形图。
*Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u
VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5 .op
.dc vds 0 5 .2 Vgs 1 3 0.5 .plot dc -I(vds) .probe
*model
.MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7 .end
描述的仿真电路如下图，
图2-1 MOS管输入输入特性仿真电路图
得到的仿真波形图如下图。
从这个简单的spice程序中可以知道spice电路描述的主要组成部分。 （1） 标题和电路结束语句
在输入的电路描述语句中输入的第一条语句必须是标题语句，最后一条必须是结束语句。在本例中，
*Output Characteristics for NMOS … … …. … .end
（2） 电路描述语句
电路描述语句描述电路的组成和连接关系，包括元器件、激励源、器件模型等描述，另外，如果电路是层次化的，即包含子电路，电路描述部分还包括子电路描述（.subckt）。
在描述元器件时，要根据类型，采用不同的关键字作为元件名的第一个字母，元器件关键字见下表。如本例中，NMOS管的描述为：
M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u
←标题
←结束语句
表示的意思为：
元器件关键字x D G S B 模型名 宽=xx 长=xx
其中D：漏结点；G：栅结点；S：源结点；B：衬底结点。
器件模型描述电路中所使用的器件的spice模型参数，语句为.model。如在本例中，
.MODEL MNMOS NMOS VTO=0.7 KP=110U +LAMBDA=0.04 GAMMA=0.4 PHI=0.7
其中MNMOS为模型名，以便在元器件调用时使用，NMOS为模型的关键字。
元器件类型 电阻 电容 电感 二极管 NPN或PNP双极型晶体管 N沟或P沟结型场效应晶体管 N型或P型MOS场效应晶体管 GaAs场效应晶体管 电压控制开关 电流控制开关 互感 元器件关键字 R C L D Q J M B S W K 激励源说明供激励用的独立源和受控源，比如：V: 独立电压源； I: 独立电流源；E: 电压控制电压源； F: 电流控制电流源；G: 电压控制电流源； H: 电流控制电压源，等等。
（3） 分析类型描述语句
分析类型描述语句说明对电路进行何种分析。比如，直流工作点（.op），直流扫描分析（.dc），交流分析（.ac），噪声分析（.noise），瞬态分析（.tran）等等。 （4） 控制选项描述语句
控制选项用于描述spice仿真时的相关控制选项，一般在.option内进行设置，另外还有打印及输出控制选项（.print、.plot、.probe）等等
现将整个spice程序例子标注如下：
*Output Characteristics for NMOS M1 2 1 0 0 MNMOS w=5u l=1.0u VGS 1 0 1.0 VDS 2 0 5 .op
←标题 ←元器件描述
（模型名为MNMOS的场效应MOS管M1， 漏结点2、栅结点1、源结点0、衬底结点0， 栅宽5um，栅长1um） ←激励源描述
（连接在1和0结点之间的1V独立电压源） ←激励源描述
（连接在2和0结点之间的5V独立电压源）
←分析类型描述，直流工作点分析
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