HSPICE学习总结

生 产 实 习 报 告 一. 目 录 1. 实 习 内 容 记 述 分 析 1) HSPICE 的 基 本 操 作 过 程 2) 网 表 文 件 结 构 的 总 结 3) 简 单 的 网 表 文 件 练 习 4) 总 结 书 写 网 表 文 件 练 习 过 程 中 的 注 意 事 项 5) 练 习 电 路 参 数 的 调 整 2. 生 产 实 习 的 收 获 与 体 会 HSPICE 学 习 总 结 操 作 的 基 本 过 程 1. 打 开 HSPICE 操 作 平 台 : 开 始 程 序 HSPICE HSPUI 2. 打 开 EDIT NL 项, 输 入 网 表 文 件 并 保 存 或 者 可 直 接 在 记 事 本 中 输 入 网 表 文 件 并 保 存 attention: 一 般 情 况 下 从 EDIT NL 项 直 接 保 存 的 文 件 后 辍 为.exe, 应 回 到 保 存 处 强 行 把 文 件 后 辍 改 为.sp, 否 则 无 法 运 行 仿 真 过 程 3. 通 过 OPEN 项 调 出 刚 才 保 存 的 网 表 文 件 4. 通 过 SIMULATE 项 可 对 网 表 文 件 进 行 仿 真 5. 查 看 EDIT LL 项 可 知 仿 真 过 程 中 是 否 出 现 错 误, 还 可 查 管 子 的 工 作 状 态 attention: 模 拟 过 程 中 经 常 要 查 看 管 子 的 工 作 状 态 以 便 对 电 路 参 数 进 行 调 整 1

6. 仿 真 所 得 波 形 可 通 过 打 开 AVANWAVES 项 查 看 网 表 文 件 结 构 的 总 结 1. 网 表 文 件 的 基 本 大 体 结 构.exe1 一 个 简 单 的 网 表 文 件 2

A SIMPLE CS AMPLIFIER.OPTION POST NODE.TRAN 200P 20N.PRINT TRAN V(1) V(2) M1 2 1 0 0 N L=1.6U W=50U R 3 2 5K VDD 3 0 3V VIN 1 0 0 PULSE 0.2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N.MODEL N NMOS LEVEL=1.END * 第 一 行 为 标 题 * 瞬 态 分 析 * 连 接 结 构 的 描 述 * 输 入 的 描 述 * 模 型 的 定 义 exe2. 差 分 结 构 的 网 表 文 件 DIFFERENTIAL TEST.OPTION POST NODE.TRAN 200P 20N.PRINT TRAN V(5,6) V(2) M1 2 1 0 0 N L=1.6U W=50U M2 5 3 2 2 N L=1.6U W=50U 3

M3 6 4 2 2 N L=1.6U W=50U R1 7 5 5K R2 7 6 5K VDD 7 0 3V VB 1 0 0.9 VIN1 3 0 SIN(1.7 0.1 50 0 0 0) VIN2 4 0 SIN(1.7 0.1 50 0 0 180).MODEL N NMOS LEVEL=1.END 在 练 习 过 程 中 写 网 表 文 件 应 注 意 的 问 题 : 1. 网 表 文 件 第 一 行 为 标 题 2. 说 明 部 分 可 前 用 * 或 $ 在 前 标 注 3. 换 行 继 续 应 用 + 号 标 注 4. 对 节 点 命 名 时 应 注 意 不 要 有 相 同 的 节 同 的 节 点 名 并 且 数 字 后 的 字 母 会 被 忽 略,eg.1a 和 1b 被 视 为 同 一 个 节 点 而 0,GND!,GROUND 一 般 被 命 为 地 的 节 点 名 5. 注 意 电 流 源 正 负 性 与 接 连 结 点 之 间 的 方 向 关 系 电 压 源 的 定 义 :V1 N1 N2 TYPE VALUE 电 流 源 的 定 义 :I1 N1 N2 TYPE VALUE 6. 网 表 文 件 还 可 通 过 在 VIEWLOGIC 软 件 中 画 电 路 原 理 图 生 长, 但 生 成 后 的 还 应 对 其 进 行 必 要 的 修 改, 例 如 加 上 信 号 源, 输 出 控 制 语 句 等 以 下 为 几 种 常 用 的 信 号 源 及 输 出 控 制 语 句 的 说 明 各 种 信 号 源 : 1) 正 弦 电 压 电 流 源 语 法 :Vname N+ N- SIN(VO VA FREQ TD THETA PHASE) Iname N+ N- SIN(VO VA FREQ TD THETA PHASE) 其 意 义 为 : Vname = VO + VA exp[-theta.(t - TD)] sin[2pi.f (t - TD) + (Phase/360)] 即 VO 为 直 流 分 量 度,VA 为 正 弦 信 号 的 振 幅,FREQ 为 其 频 率,TD 为 其 延 迟 时 间,THETA 为 其 衰 减 因 子,PHASE 为 其 相 位 说 明 : 其 中 的 TD THEHA PHASE 项 可 省, 若 省 则 其 值 为 默 认 值 即 0 eg. 在 差 分 对 结 构 中 要 在 两 输 入 端 输 入 一 对 差 分 信 号, 可 表 示 为 Vin1 in1 0 sin(1.8 0.05 50 0 0 0) Vin2 in2 0 sin(1.8 0.05 50 0 0 180) 此 处 规 定 了 一 对 共 模 量 为 1.8v, 振 幅 为 0.05v, 频 率 为 50HZ, 两 输 入 信 号 间 相 位 差 为 180 度 的 正 弦 电 压 源 2) AC 源 ( 交 流 小 信 号 源 ) 在 模 拟 设 计 仿 真 中 经 常 要 用 到 AC 源 对 电 路 进 行 频 率 扫 描 分 析, 即 交 流 小 信 号 分 析, 可 得 电 路 和 幅 频 和 相 频 响 应, 或 频 域 传 输 函 数 描 述 语 句 格 式 如 下 : Vname N+ N-(DC DCMAG) AC ACMAG (ACPHASE) 4

其 中 :ACMAG 和 ACPHASE 分 别 表 示 交 流 小 信 号 源 的 幅 度 和 相 位 相 位 值 可 省, 若 省 则 为 默 认 值 ACPHASE=0, 其 中 的 DC 部 分 表 示 直 流 分 量 eg.v1 N+ N- 1.8 AC=0.1,90 V2 N+ N- 1.8 AC 0.1 90 以 上 两 表 达 形 式 等 价 而 HSPICE 中 交 流 小 信 号 分 析 的 描 述 语 句 格 式 如 下 :.AC LIN NP FSTART FSTOP.AC DEC NP FSTART FSTOP.AC OCT NP FSTART FSTOP 其 中 LIN,DEC,OCT 表 示 扫 描 类 型 是 线 性, 数 量 级 或 倍 频 程.FSTART 是 起 始 频 率,FSTOP 是 终 止 频 率.NP 为 扫 描 的 点 数 exe 3 完 整 电 路 的 仿 真 过 程 5

要 求 : 对 以 上 结 构 的 差 分 运 放 的 性 能 指 标 :VDD=3V, 差 动 输 出 摆 幅 =3V, 功 耗 =10Mw, 增 益 Av=2000. 具 体 的 仿 真 过 程 : 1. 根 据 各 性 能 指 标 要 求 确 定 各 器 件 的 参 数 : 1) 首 先 从 功 率 预 算 开 始, 给 M9 分 配 3mA, 剩 余 0.3Uaw 分 配 给 MB1 和 MB2, 这 样 每 个 共 源 共 栅 支 路 有 1.5mA 的 电 流 2) 接 着 考 虑 所 需 要 的 输 出 摆 幅,VOUT 的 电 压 摆 幅 为 3V, 则 每 一 支 路 必 须 能 摆 动 1.5V 而 且 又 不 使 该 支 路 的 管 子 进 入 线 性 区, 即 M9 和 每 个 共 源 共 栅 支 路 可 用 的 总 电 压 为 1.5V, 据 此 我 们 分 配 给 M9 的 过 驱 动 电 压 为 0.5V, 剩 下 的 1V 分 配 给 共 源 共 栅 的 四 个 晶 体 管, 由 于 PMOS 管 的 迁 移 率 较 低, 我 们 给 每 个 PMOS 管 分 配 0.3V 的 过 驱 动 电 压, 余 下 的 分 配 给 NMOS 管, 即 其 过 驱 动 电 压 为 0.2V 3) 根 据 每 个 晶 体 管 的 偏 置 电 流 和 过 驱 动 电 压 的 大 小, 由 Id=(1/2)UCox(W/L)(Vgs-Vth)^2 确 定 晶 体 管 的 宽 长 比. 得 (W/L)n=1070, (W/L)p=1111, (W/L)9=340 4) 查 看 模 型 参 数 考 虑 W 与 L 的 具 体 实 际 值, 此 处 我 们 选 择 MN MP 模 型, 其 各 参 数 为 : NMOS:Lmin=1.6um Lmax=8um Wmin=3.2un Wmax=50um Tox=3.4E-8m Un=290cm^2/v.s PMOS Lmin=1.8um Lmax=8um 6

Wmin=3.2un Wmax=50um Tox=3.4E-8m Un=290cm^2/v.s 说 明 :1. 可 用 n 个 同 样 的 器 件 并 联 而 得 到 更 长 的 宽 长 比. 2. 为 使 器 件 的 电 容 尽 可 能 小, 我 们 尽 可 能 对 每 个 晶 体 管 取 最 小 的 长 度 据 此, 我 们 先 试 取 其 值 为 (W/L)n=50um/1.6um 并 联 40 个. (W/L)p=50um/1.8um 并 联 40 个. 5). 由 前 偏 置 电 流 和 宽 长 比 确 定 尾 电 流 源 M9, 镜 像 电 流 部 分 MB1,MB2 的 宽 长 比, 得 (W/L)9=50um/1.6um 并 联 13 个, (W/L)b2=50um/1.8um 并 联 4 个, (W/L)b1=32um/1.6um 且 分 配 给 Mb1, Mb2 的 偏 置 电 流 分 别 为 I1=0.05Ma,I2=0.25mA 6). 估 算 各 直 流 偏 置 电 压 的 大 小, 前 提 为 使 各 管 子 工 作 在 饱 和 区 Vin,cm=Vgs1+Vod9 =Vth1+Vod1+Vod9 =1.5V Vb1(min)=Vgs3+Vod1+Vod9 =Vod3+Vod1+Vod9+Vth3 =1.7V Vb2(max)=VDD-(Vsg5+Vod7) =1.5V 2. 根 据 电 路 原 理 图 和 以 上 的 估 算 值 写 网 表 文 件, 并 进 行 微 调 以 使 各 管 子 工 作 在 饱 和 区 经 微 调 后 得 到 的 网 表 文 件 : differential amplifier.op.lib 'd:\user\bd22.model.txt' mos_tt *** 根 据 电 路 原 理 图 得 到 的 连 结 关 系 mb1 1 1 0 0 mn l=1.6u w=10u m9 2 1 0 0 mn l=1.6u w=48u M=12 m1 5 3 2 2 mn l=1.6u w=50u M=40 m2 6 4 2 2 mn l=1.6u w=50u M=40 m3 8 7 5 5 mn l=1.6u w=50u M=40 m4 9 7 6 6 mn l=1.6u w=50u M=40 m5 8 10 11 11 mp l=1.8u w=50u M=40 m6 9 10 12 12 mp l=1.8u w=50u M=40 m7 11 13 14 14 mp l=1.8u w=50u M=40 m8 12 13 14 14 mp l=1.8u w=50u M=40 mb2 13 13 14 14 mp l=1.8u w=48u M=5 *** 说 明 各 引 脚 : *VDD 14 *GND 0 *Iin1 1 *Iin2 13 *Vb1 7 *Vb2 10 *Vin1 3 *Vin2 4 7

*Vout 8 9 *** 输 入 各 直 流 偏 置 源 Iin1 14 1 dc 0.049m Iin2 13 0 dc 0.24m Vb1 7 0 dc 2.2 Vb2 10 0 dc 1.4 VDD 14 0 DC 3 *** 各 输 入 分 量 Vin1 3 0 1.82 ac 0.01 0 Vin2 4 0 1.82 ac 0.01 180.AC OCT 10 10 1G *** 输 出 传 函, 与 相 频 关 系 ( 注 意 其 表 达 式 的 写 法 要 正 确 ).probe AC av=par('vdb(8)-vdb(3)') PHASE=PAR('VP(8)-VP(3)').end 3. 仿 真 后 查 看 其.LIS 文 件 可 得 各 器 件 的 参 数 分 析, 如 下 : 1 ****** HSPICE -- U-2003.09 (20030718) 15:49:24 07/20/2023 pcnt ****** differential amplifier ****** operating point information tnom= 25.000 temp= 25.000 ****** 各 节 点 电 压 ***** operating point status is all simulation time is 0. node =voltage node =voltage node =voltage +0:1 = 1.3078 0:2 = 837.2645m 0:3 = 1.8200 +0:4 = 1.8200 0:5 = 1.2277 0:6 = 1.2277 +0:7 = 2.2000 0:8 = 2.1202 0:9 = 2.1202 +0:10 = 1.4000 0:11 = 2.6166 0:12 = 2.6166 +0:13 = 1.7735 0:14 = 3.0000 **** voltage sources 电 压 源 电 流, 电 压, 功 率 分 析 subckt element 0:vb1 0:vb2 0:vdd 0:vin1 0:vin2 volts 2.2000 1.4000 3.0000 1.8200 1.8200 current 0. 0. -3.4120m 0. 0. power 0. 0. 10.2360m 0. 0. total voltage source power dissipation= 10.2360m watts ***** current sources 电 流 源 的 电 流, 功 率 分 析 8

subckt element 0:iin1 0:iin2 volts 1.6922 1.7735 current 49.0000u 240.0000u power -82.9201u -425.6437u ****** 总 功 耗 分 析 total current source power dissipation=-508.5638u watts **** mosfets 管 子 工 作 状 态 及 其 各 参 数 分 析 subckt element 0:mb1 0:m9 0:m1 0:m2 0:m3 0:m4 model 0:mn 0:mn 0:mn 0:mn 0:mn 0:mn region Saturati Saturati Saturati Saturati Saturati Saturati id 49.0000u 3.1230m 1.5615m 1.5615m 1.5615m 1.5615m ibs 0. 0. 0. 0. 0. 0. ibd 0. 0. 0. 0. 0. 0. vgs 1.3078 1.3078 982.7355m 982.7355m 972.3427m 972.3427m vds 1.3078 837.2645m 390.3928m 390.3928m 892.5800m 892.5800m vbs 0. 0. 0. 0. 0. 0. vth 854.6322m 831.8049m 831.4829m 831.4829m 831.4816m 831.4816m vdsat 343.9637m 359.9977m 154.4790m 154.4790m 147.9277m 147.9277m beta 569.4159u 34.8844m 123.0427m 123.0427m 123.0978m 123.0978m gam eff 1.0430 1.0430 1.0430 1.0430 1.0430 1.0430 gm 180.1656u 11.0149m 14.7590m 14.7590m 15.2127m 15.2127m gds 4.6741u 392.5498u 437.6247u 437.6247u 264.3635u 264.3635u gmb 101.0394u 6.1406m 8.5021m 8.5021m 8.7760m 8.7760m cdtot 3.3194f 192.0591f 669.1750f 669.1750f 663.7173f 663.7173f cgtot 19.3890f 1.1160p 3.8578p 3.8578p 3.8438p 3.8438p cstot 13.6215f 783.8216f 2.6874p 2.6874p 2.6748p 2.6748p cbtot 8.0887f 466.7755f 1.6550p 1.6550p 1.6519p 1.6519p cgs 14.3239f 821.8097f 2.7836p 2.7836p 2.7647p 2.7647p cgd 3.3189f 191.8880f 668.2664f 668.2664f 663.6784f 663.6784f subckt element 0:m5 0:m6 0:m7 0:m8 0:mb2 model 0:mp 0:mp 0:mp 0:mp 0:mp region Saturati Saturati Saturati Saturati Saturati id -1.5615m -1.5615m -1.5615m -1.5615m -240.0000u 9

ibs 0. 0. 0. 0. 0. ibd 0. 0. 0. 0. 0. vgs -1.2166-1.2166-1.2265-1.2265-1.2265 vds -496.3817m -496.3817m -383.3809m -383.3809m -1.2265 vbs 0. 0. 0. 0. 0. vth -894.6327m -894.6327m -898.6554m -898.6554m -869.0459m vdsat -318.9258m -318.9258m -323.8493m -323.8493m -348.6750m beta 30.6506m 30.6506m 30.6018m 30.6018m 3.6815m gam eff 742.5591m 742.5591m 742.5591m 742.5591m 742.5591m gm 8.5556m 8.5556m 8.1461m 8.1461m 1.2057m gds 581.2148u 581.2148u 972.4085u 972.4085u 57.3183u gmb 2.1820m 2.1820m 2.0868m 2.0868m 304.7611u cdtot 622.5468f 622.5468f 661.3878f 661.3878f 72.8811f cgtot 4.0684p 4.0684p 4.1040p 4.1040p 486.1601f cstot 2.5364p 2.5364p 2.5389p 2.5389p 303.7903f cbtot 1.1938p 1.1938p 1.1965p 1.1965p 142.7828f cgs 2.9518p 2.9518p 2.9597p 2.9597p 353.1231f cgd 558.9423f 558.9423f 596.2413f 596.2413f 65.3470f 注 意 : 写 完 初 步 的 网 表 文 件 后 一 定 要 查.LIS 文 件 看 管 子 是 否 工 作 在 饱 和 区, 若 不 在 应 进 行 相 应 的 微 调. 4. 查 看 输 出 波 形, 如 下 10

生 产 实 习 收 获 与 体 会 在 半 个 月 的 实 习 过 程 中, 本 人 主 要 学 习 了 模 拟 仿 真 软 件 HSPICE 的 操 作 与 电 路 中 有 关 参 数 的 确 定 与 调 整 而 体 会 最 深 的 主 要 是 电 路 中 有 关 参 数 的 确 定 与 调 整, 在 这 过 程 中 首 先 应 该 根 据 电 路 的 性 能 指 标 确 定 电 路 中 器 件 的 参 数, 然 后 是 各 有 关 直 流 偏 置 参 数 的 确 定 11