spice/Spectre 介绍
翟江辉
2013-7-16
共88页
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模拟集成电路的设计流程
1.交互式电路图输入
2.电路仿真 3.版图设计 4.版图的验证（DRC LVS） 5.寄生参数提取
全定制
6.后仿真
7.流片
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各种仿真器简介

SPICE : 由UC Berkeley 开发。用于非线性 DC分析，非 线性瞬态分析和线性的AC分析。
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仿真结果

如图我们可以计算得到：运放摆率SR=117 V/us
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常用analoglib库的元器件
器件 Cell 名称 pnp管 pnp
电阻
电容 电感 NMOS PMOS npn管
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res
cap ind nmos4 pmos4 npn
地
直流电压源 直流电流源 方波发生源 可编程方波发 生源 正弦波发生源
gnd
vdc idc vpulse vpwl vsin
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Calculator的使用
Calculator是 一个重要的数 据处理工具， 可以用来仿真 电源抑制比， 相位裕度，共 模抑制比
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其它有关的菜单项（3）
Results菜单
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模拟结果的显示以及处理
在模拟有了结果之后， 如果设定的output有 plot属性的话，系统 会自动调出waveform 窗口，并显示outputs 的波形，如左图
设置库文件 的路径和仿 真方式
设置仿真的 环境 （后仿真时 需设置）
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Analyses菜单
选择模拟类型。Spectre 的分析有很多种，如右图， 最基本的有 tran（瞬态分析） dc（直流分析） ac（交流分析）。
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tran（瞬态分析）
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dc（直流分析）
schematic子菜单用来在电路原理图上选取要显示的波形（点击 连线选取节点电压，点击元件端点选取节点电流），这个菜单比较 常用。
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其它有关的菜单项（3）
Outputs/Setup
当然我们需要输出的有时不仅仅是电流、电压，还有一些更高级的。 比如说：带宽、增益等需要计算的值，这时我们可以在Outputs/setup中设 定其名称和表达式。在运行模拟之后，这些输出将会很直观的显示出来。
Tools/Parametric Analysis
它提供了一种很重要的分析方法——参量分析的方法， 也即参量扫描。可以对温度，用户自定义的变量variables 进行扫描，从而找出最合适的值。
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其它有关的菜单项（2）
Outputs/To be plotted/selected on schematic
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五、运算放大器仿真实例
1、电路图的输入（共模反馈型运放），如下 图所示：
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2、建立Symbol图
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3、仿真电路图示意
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4、运放小信号仿真示例


电源电压Vdc=3.3 V； 交流信号源acm=1 V； 负载电容Cload=5p F； 采用Spectre分析方式，选择交流分析（ac），设置如下： Sweep Variable： Frequency Sweep Range ：1 Hz~100M Hz 仿真完成后，点击 Result -> Direct Plot -> AC Gain&Phase 查看运放的幅频特性和相频特性
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仿真结果
该运放直流增益为80.9dB，单位增益带宽为82M Hz， 相位裕度为67.32deg。
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相位裕度与负载电容的关系曲线仿真
1、设置相位裕度输出，点击Outputs ->Setup
其中运用了Candence函数PhaseMargin
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相位裕度与负载电容的关系曲线仿真

Hspice: 作为业界标准的电路仿真工具，它自带了许多器
件模型，包括小尺寸的MOSFET和MESFET。Cadence提 供了hspice的基本元件库并提供了与Hspice的全面的接口。 Spectre: 由Cadence开发的电路仿真器，在SPICE的基础 上进行了改进，使得计算的速度更快，收敛性能更好。
dc（直流分析）可以在直流条 件下对temperature，Design Variable，Component Parameter，Model Parameter 进行扫描仿真 举例:对温度的扫描（测量温 度系数） 电路随电源电压变化的变化 曲线等
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ac（交流分析）
ac（交流分析） 是分析电路性能随 着运行频率变化而 变化的仿真。 既可以对频率进 行扫描也可以在某个 频率下进行对其它变 量的扫描。
如图我们可以看出：运放的输出摆幅大约为-2.55V~2.55V
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6、瞬态仿真示例


目标：通过仿真得到运放的摆率 方法：运用瞬态仿真，输入信号设置为电压脉冲，观察输 出电压的变化情况 参数设置： 输入信号源采用analoglib中的脉冲发生器vpwl，输入电压 初始值为0 V，在10n s~10.1n s跳变到4V Tran仿真时间为100n s 在电路图中选择输出变量，Outputs-> To Be Plotted-> Select On Schematic，在这里我们选择输入脉冲以及输 出电压
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Variables菜单
包括Edit等子菜单项。 可以对变量进行添加、 删除、查找、复制等操 作。变量variables既可 以是电路中元器件的某 一个参量，也可以是一 个表达式。变量将在参 量扫描parametric analysis时用到。
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其它有关的菜单项（1）
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3、设置dc仿真，其中Sweep Variable选择Design Variable， 在Variable Name中填写Vin，Sweep Range选择Start-Stop， Vin 的扫描范围为-1m V~1m V
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4、仿真结果（横坐标为输入电压，纵坐标为输出电压）
举个例子：标识3db的点，我们用到的表达式如下： bandwidth（VF(“/Out)，3，“low”）。
需要注意的是：表达式一般都是通过计算器（caculator）输入的。 Cadance自带的计算器功能强大，除了输入一些普通表达式以外，还自带
有一些特殊表达式，如bandwidth、average等等。
退出
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Setup菜单
Setup菜单
Design Simulator/directory/host Temperature Model Library Environment
选择所要 模拟的线 路图
选择模拟使用 的模型一般有 cdsSpice hspiceS spectre等
设置模拟 时的温度
(交流分析)
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三、模拟仿真的设置(重点)
Composer-
schamatic界面中的
Tools → Analog Environment项可以
打开Analog Design
Environment 窗口， 如右图所示。
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Analog Design Simulation菜单介绍
2、点击Tools-> Parametric Analysis设置负载电容的扫描范 围和扫描步长，其中Range Type选择From/To，Step Control选择Linear Steps
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相位裕度与负载电容的关系曲线仿真
3、点击Parametric Analysis中的Analysis->Start得到相位裕 度与负载电容的关系曲线如图：
元器件symbol视图
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电 路 仿 真
Models
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Analyses
Variables
Outputs
Return
分析类型介绍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Tran分析：时间与电路参数的关系
(瞬时分析)
DC分析： 电压与电路参数的关系
(直流分析)
AC分析： 频率与电路参数的关系
Session菜单
Schematic Window Save State Load State Options Reset Quit
回到电路图
保存当前 所设定的 模拟所用 到的各种 参数
加载已 经保存 的状态
一些显 示选项 的设置
重置 analog artist。 相当于 重新打 开一个 模拟窗 口
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5 运放直流仿真示例

目标：仿真输出电压与输入电压的变化曲线 方法：采用直流仿真（dc） 仿真参数设置 1、在仿真电路图中将信号源的输入 电压定义为变量Vin 2、在仿真环境界面中选择Variables ->Copy From Cellview,将电路中设 置的变量集中在Design Variables栏中， 初始化Vin和Cload变量， 其中Vin=0 V，Cload=5p F