高速互连SPICE仿真模型完成多类电路分析

2018-8-31 14:55:27

1912 SPICE 电路分析

　　SPICE（Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis）是由美国加州大学伯克利分校的电子研究实验室于1975年开发出来的一种功能非常强大的通用模拟电路仿真器。正如同SPICE的名字所表示的，它最初主要被用来验证集成电路中的电路设计，以及预测电路的性能，因为这种仿真计算对于集成电路的设计是极其重要的。
　　SPICE模型发展至今，己经在电子设计业中得到了广泛的应用，并且还派生出许多不同的版本，其中最为主要的两个是HSPICE和PSPICE。其中由Avant公司（现己被Synopsys公司兼并）开发的HSPICE运行于工作站或大型机上，主要应用于集成电路的设计。而MicroSim公司（后来被OrCAD公司兼并，而OrCAD又被Cadence公司兼并）开发的PSPICE运行于PC上，主要应用于PCB板级和系统级的设计。
　　SPICE模型由两部分组成：模型方程式和模型参数。它是建立在电路基本元器件（如晶体管、电阻、电容等）的工作机理和物理细节之上的，是一个根据原理图中各元器件的连接关系创建的网表文件，该网表由一系列子电路组成，用户通过调用相关的子电路模块就可以简单地建立模拟网表。原理图中各元器件的SPICE参数主要表征元器件的物理特性和电特性。参数描述的充分性和精确性将决定模拟结果的准确性。利用SPICE模型，可以精确地在电路器件一级，仿真系统的工作特性、验证系统的逻辑功能，因此在集成电路设计中得到了广泛的应用。因为它能够精确计算出系统的静态和动态等各种工作特性，所以也可以用来进行系统级的信号完整性分析。
　　用SPICE模型可以完成多种类型的电路分析，其中最为主要的有：
　　· 直流分析（DC Analysis）：包括静态工作点、直流灵敏度、直流传输特性、直流特性扫描分析；
　　· 交流分析（AC Analysis）：包括频率特性、噪声特性分析：
　　· 瞬态分析（Transient Analysis）：包括瞬态响应分析和傅里叶分析；
　　· 参数扫描（Parametric and Temperature Analysis）：包括参数扫描分析和温度特性分析；
　　· 蒙特卡罗分析（Monte Carlo Analysis）；
　　· 最坏情况分析（Worst－case Analysis）。
　　此外，由于SPICE模型还包含了器件随温度变化的特性，所以以上这些分析都可以设定在不同的温度下进行。
　　SPICE模型技术相对成熟，模拟精度也比较高，但是使用SPICE模型有一些难以克服的缺点：首先由于SPTCE模型是晶体管一级的模型，随着现在集成电路规模越来越大，即使只建立各个引脚的SPICE模型，也会包含成千上万只晶体管一级的器件，所以其仿真速度必然很慢，这对于交互的PCB设计来讲是不可接受的；其次，由于SPTCE模型涉及许多集成电路设计方面的细节，一般集成电路厂蔺都不愿意公开提供，限制了它的广泛应用。这时需要引入IBIS模型来替代SPICE模型完成信号完整性分析。