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SPICE 仿真和模型簡(jiǎn)介

 1、SPICE仿真程序  電路系統的設計人員有時(shí)需要對系統中的部分電路作電壓與電流關(guān)系的詳細分析,此時(shí)需要做晶體管級仿真(電路級),這種仿真算法中所使用的電路模型都是最基本的元件和單管。仿真時(shí)按時(shí)間關(guān)系對每一個(gè)節點(diǎn)的I/V關(guān)系進(jìn)行計算。這種仿真方法在所有仿真手段中是最精確的,但也是最耗費時(shí)間的?! ?em>SPICE(Simulation program with integrated circuit emphasis)是最為普遍的電路級模擬程序,各軟件廠(chǎng)家提供提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice軟件,其仿真核心大同小異,都是采用了由美國加州Berkeley大學(xué)開(kāi)發(fā)的spice模擬算法?! ?em>SPICE可對電路進(jìn)行非線(xiàn)性直流分析、非線(xiàn)性瞬態(tài)分析和線(xiàn)性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨立電壓源、獨立電流源、各種線(xiàn)性受控源、傳輸線(xiàn)以及有源半導體器件。SPICE內建半導體器件模型,用戶(hù)只需選定模型級別并給出合適的參數?! ?、元器件模型  為了進(jìn)行電路模擬,必須先建立元器件的模型,也就是對于電路模擬程序所支持的各種元器件,在模擬程序中必須有相應的數學(xué)模型來(lái)描述他們,即能用計算機進(jìn)行運算的計算公式來(lái)表達他們。一個(gè)理想的元器件模型,應該既能正確反映元器件的電學(xué)特性又適于在計算機上進(jìn)行數值求解。一般來(lái)講,器件模型的精度越高,模型本身也就越復雜,所要求的模型參數個(gè)數也越多。這樣計算時(shí)所占內存量增大,計算時(shí)間增加。而集成電路往往包含數量巨大的元器件,器件模型復雜度的少許增加就會(huì )使計算時(shí)間成倍延長(cháng)。反之,如果模型過(guò)于粗糙,會(huì )導致分析結果不可靠。因此所用元器件模型的復雜程度要根據實(shí)際需要而定。如果需要進(jìn)行元器件的物理模型研究或進(jìn)行單管設計,一般采用精度和復雜程度較高的模型,甚至采用以求解半導體器件基本方程為手段的器件模擬方法。二微準靜態(tài)數值模擬是這種方法的代表,通過(guò)求解泊松方程,電流連續性方程等基本方程結合精確的邊界條件和幾何、工藝參數,相當準確的給出器件電學(xué)特性。而對于一般的電路分析,應盡可能采用能滿(mǎn)足一定精度要求的簡(jiǎn)單模型(Compact model)?! ‰娐纺M的精度除了取決于器件模型外,還直接依賴(lài)于所給定的模型參數數值的精度。因此希望器件模型中的各種參數有明確的物理意義,與器件的工藝設計參數有直接的聯(lián)系,或能以某種測試手段測量出來(lái)?! ∧壳皹嫵善骷P偷姆椒ㄓ袃煞N:一種是從元器件的電學(xué)工作特性出發(fā),把元器件看成‘黑盒子’,測量其端口的電氣特性,提取器件模型,而不涉及器件的工作原理,稱(chēng)為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S-參數。其優(yōu)點(diǎn)是建模和使用簡(jiǎn)單方便,節約資源,適用范圍廣泛,特別是在高頻、非線(xiàn)性、大功率的情況下行為級模型幾乎是唯一的選擇。缺點(diǎn)是精度較差,一致性不能保證,受測試技術(shù)和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎,從元器件的數學(xué)方程式出發(fā),得到的器件模型及模型參數與器件的物理工作原理有密切的關(guān)系。SPICE 模型是這種模型中應用最廣泛的一種。其優(yōu)點(diǎn)是精度較高,特別是隨著(zhù)建模手段的發(fā)展和半導體工藝的進(jìn)步和規范,人們已可以在多種級別上提供這種模型,滿(mǎn)足不同的精度需要。缺點(diǎn)是模型復雜,計算時(shí)間長(cháng)。

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