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2022-04-03 21:57:10
SPICE 仿真和模型簡介
1、SPICE仿真程序 電路系統的設計人員有時需要對系統中的部分電路作電壓與電流關系的詳細分析，此時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。仿真時按時間關系對每一個節點的I/V關系進行計算。這種仿真方法在所有仿真手段中是最精確的，但也是最耗費時間的。 SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis）是最為普遍的電路級模擬程序，各軟件廠家提供提供了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大學開發的spice模擬算法。 SPICE可對電路進行非線性直流分析、非線性瞬態分析和線性交流分析。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、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導體器件。SPICE內建半導體器件模型，用戶只需選定模型級別并給出合適的參數。 2、元器件模型 為了進行電路模擬，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模型來描述他們，即能用計算機進行運算的計算公式來表達他們。一個理想的元器件模型，應該既能正確反映元器件的電學特性又適于在計算機上進行數值求解。一般來講，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數也越多。這樣計算時所占內存量增大，計算時間增加。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使計算時間成倍延長。反之，如果模型過于粗糙，會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際需要而定。如果需要進行元器件的物理模型研究或進行單管設計，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。二微準靜態數值模擬是這種方法的代表，通過求解泊松方程，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特性。而對于一般的電路分析，應盡可能采用能滿足一定精度要求的簡單模型（Compact model）。 電路模擬的精度除了取決于器件模型外，還直接依賴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系，或能以某種測試手段測量出來。 目前構成器件模型的方法有兩種：一種是從元器件的電學工作特性出發，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，稱為行為級模型。這種模型的代表是IBIS模型和S-參數。其優點是建模和使用簡單方便，節約資源，適用范圍廣泛，特別是在高頻、非線性、大功率的情況下行為級模型幾乎是唯一的選擇。缺點是精度較差，一致性不能保證，受測試技術和精度的影響。另一種是以元器件的工作原理為基礎，從元器件的數學方程式出發，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系。SPICE 模型是這種模型中應用最廣泛的一種。其優點是精度較高，特別是隨著建模手段的發展和半導體工藝的進步和規范，人們已可以在多種級別上提供這種模型，滿足不同的精度需要。缺點是模型復雜，計算時間長。
關鍵詞： SPICE
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