Hspice/Spectre介紹羅豪2008.9.222023/1/61共88頁Hspice/Spectre介紹2023/1/61共88頁模擬集成電路的設計流程1.交互式電路圖輸入2.電路仿真3.版圖設計4.版圖的驗證（DRCLVS）5.寄生參數提取6.后仿真7.流片全定制2023/1/62共88頁模擬集成電路的設計流程1.交互式電路圖輸入全定制2023/1各種仿真器簡介SPICE:由UCBerkeley開發。用于非線性DC分析，非線性瞬態分析和線性的AC分析。Hspice:作為業界標準的電路仿真工具，它自帶了許多器件模型，包括小尺寸的MOSFET和MESFET。Cadence提供了hspice的基本元件庫并提供了與Hspice的全面的接口。

Spectre:由Cadence開發的電路仿真器，在SPICE的基礎上進行了改進，使得計算的速度更快，收斂性能更好。2023/1/63共88頁各種仿真器簡介2023/1/63共88頁高精度電路仿真器1、Spectre/SpectreRF(cadence)2、Hspice/HspiceRF(avanti)3、Ads(Agilent主要針對RF)4、eldo(MentorGraphics)5、saber(Synopsys)2023/1/64共88頁高精度電路仿真器1、Spectre/SpectreRF(caCadenc軟件簡介Cadence提供了一個大型的EDA軟件包，它包括：ASIC設計全定制IC設計工具VirtuosoSchematicComposer電路仿真工具AnalogDesignEnvironmentFPGA設計PCB設計2023/1/65共88頁Cadenc軟件簡介Cadence提供了一個大型的EDACadence中Spectre的模擬仿真1、進入Cadence軟件包2、建立可進行SPECTRE模擬的單元文件3、編輯可進行SPECTRE模擬的單元文件4、模擬仿真的設置(重點)5、模擬仿真結果的顯示以及處理6、分模塊模擬(建立子模塊)7、運算放大器仿真實例2023/1/66共88頁Cadence中Spectre的模擬仿真1、進入Cadenc一、進入Cadence軟件包方法一

安裝并運行exeed軟件，使用putty軟件（緣網下載），在Hostname處填工作站地址，端口默認，協議（protocol）選SSH，如圖所示，然后點擊Open。2023/1/67共88頁一、進入Cadence軟件包方法一2023/1/67共88頁1、鍵入用戶名和密碼，在提示符處鍵入:source/opt/demo/cds.env(回車)2、setenvDISPLAY本機ip:0.0(回車)，再鍵入icfb&，出現的主窗口如圖所示:2023/1/68共88頁1、鍵入用戶名和密碼，在提示符處鍵入:source/opt方法二

1、安裝winvnc軟件

2、運行putty軟件鍵入用戶名和密碼，在提示符處鍵入vncserver命令申請vnc端口

3、運行winvnc，填入主機名稱：端口號碼2023/1/69共88頁方法二2023/1/69共88頁二、建立可進行SPECTRE模擬

的單元文件主窗口分為信息窗口CIW、命令行以及主菜單。信息窗口會給出一些系統信息（如出錯信息，程序運行情況等）。在命令行中可以輸入某些命令。主菜單包括：1、File菜單2、Tools菜單3、Options菜單2023/1/610共88頁二、建立可進行SPECTRE模擬

的單元文件主窗口分為信息窗File菜單在File菜單下，主要的菜單項有New、Open、Exit等New菜單項的子菜單下有Library、Cellview兩項。Library項打開NewLibrary窗口，Cellview項打開CreateNewFile窗口。Open菜單項打開相應的OpenFile窗口。Exit項退出Cadence軟件包。LibraryCellSchematicSymbolLayoutVerilog（View）2023/1/611共88頁File菜單在File菜單下，主要的菜單項有New、OpenLibrary,Cell以及View

1、library(庫)的地位相當于文件夾，它用來存放一整個設計的所有數據，包括子單元（cell）以及子單元（cell）中的多種視圖（view）。新建時注意選擇是否鏈接techfile。2、Cell（單元）可以是一個簡單的單元，像一個與非門，也可以是比較復雜的單元（由symbol搭建而成）。

3、View則包含多種類型，常用的有schemetic，symbol，layout，extracted，ivpcell等等,新建Cellview要注意選擇View的類型。2023/1/612共88頁Library,Cell以及View1、library(庫Tools菜單在Tools菜單下，比較常用的菜單項有LibraryManagerLibraryPathEditorTechnologyFileManagerLibraryManager項打開的是庫管理器。在窗口的各部分中，分別顯示的是Library、Category、Cell、View相應的內容。2023/1/613共88頁Tools菜單在Tools菜單下，比較常用的菜單項有LibLibraryPathEditor可以對本用戶的文件路徑進行修改TechnologyFileManager基本上都是和工藝相關的功能和設置。比較常用的是EditLayers可以使用在版圖編輯中，用來修改原始圖層的一些屬性。LibraryPathEditor&TechnologyFileManager2023/1/614共88頁LibraryPathEditor可以對本用戶的文件路徑Options菜單Options菜單主要是對Cadence的一些參數進行調整和設置，如快捷鍵等。一般無需設置，直接使用默認值。2023/1/615共88頁Options菜單Options菜單主要是對Cadence的三、編輯可進行SPECTRE模擬

的單元文件選擇主窗口File→Open→Openfile，打開相應的SchematicView，即進入了Composer-SchematicEditing窗口，如右圖所示。2023/1/616共88頁三、編輯可進行SPECTRE模擬

的單元文件選擇主窗口Fil工具欄介紹從上至下：1.CheckandSave2.Save3.Zoominby2]4.Zoomoutby2[5.Stretchs6.Copyc7.DeleteDel8.Undo9.Propertyq10.Instancei11.Wire（Narrow）w12.Wire（Wide）13.WireNamel14.Pinp15.CmdOptions16.Repeat2023/1/617共88頁工具欄介紹從上至下：1.CheckandSave11.添加元器件點擊右邊工具欄“Instance”或快捷鍵“I”基本的元器件，如NMOSPMOS電阻電容電壓源電流源等等都在analoglib庫里。注意！View要選擇symbol2023/1/618共88頁添加元器件點擊右邊工具欄“Instance”或快捷鍵“I”基常用analoglib庫的元器件器件Cell名稱pnp管pnp電阻res地gnd電容cap直流電壓源vdc電感ind直流電流源idcNMOSnmos4方波發生源vpulsePMOSpmos4可編程方波發生源vpwlnpn管npn正弦波發生源vsin2023/1/619共88頁常用analoglib庫的元器件器件Cell名稱pnp管p元器件symbol視圖2023/1/620共88頁元器件symbol視圖2023/1/620共88頁一些快捷鍵以下是一些常用的快捷鍵：i

添加元件，即打開添加元件的窗口；[

縮小兩倍；]

擴大兩倍；w

連線（細線）；f

全圖顯示；p

查看元件屬性；m

整體移動（帶連接關系）；shift+m移動（不帶連接關系）。2023/1/621共88頁一些快捷鍵以下是一些常用的快捷鍵：2023/1/621共8四、模擬仿真的設置(重點)Composer-schamatic界面中的Tools→AnalogEnvironment項可以打開AnalogDesignEnvironment窗口，如右圖所示。2023/1/622共88頁四、模擬仿真的設置(重點)Composer-schamatiAnalogDesignSimulation菜單介紹Session菜單SchematicWindow

SaveState

LoadState

Options

Reset

Quit回到電路圖保存當前所設定的模擬所用到的各種參數加載已經保存的狀態一些顯示選項的設置重置analogartist。相當于重新打開一個模擬窗口退出2023/1/623共88頁AnalogDesignSimulation菜單介紹SeSetup菜單Setup菜單Design

Simulator/directory/host

Temperature

ModelLibraryEnvironment選擇所要模擬的線路圖選擇模擬使用的模型一般有cdsSpicehspiceS

spectre等設置模擬時的溫度設置庫文件的路徑和仿真方式設置仿真的環境（后仿真時需設置）2023/1/624共88頁Setup菜單Setup菜單DesignSimulatAnalyses菜單選擇模擬類型。Spectre的分析有很多種，如右圖，最基本的有tran（瞬態分析）dc（直流分析）ac（交流分析）。2023/1/625共88頁Analyses菜單選擇模擬類型。Spectre的分析有很多tran（瞬態分析）2023/1/626共88頁tran（瞬態分析）2023/1/626共88頁dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對temperature，DesignVariable，Component

Parameter，ModelParameter進行掃描仿真舉例:對溫度的掃描（測量溫度系數）電路隨電源電壓變化的變化曲線等2023/1/627共88頁dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對tempeac（交流分析）ac（交流分析）是分析電路性能隨著運行頻率變化而變化的仿真。既可以對頻率進行掃描也可以在某個頻率下進行對其它變量的掃描。2023/1/628共88頁ac（交流分析）ac（交流分析）是分析電路性能隨著運行頻率變Variables菜單包括Edit等子菜單項?？梢詫ψ兞窟M行添加、刪除、查找、復制等操作。變量（variables）既可以是電路中元器件的某一個參量，也可以是一個表達式。變量將在參量掃描（parametricanalysis）時用到。2023/1/629共88頁Variables菜單包括Edit等子菜單項。可以對變量進行其它有關的菜單項（1）Tools/ParametricAnalysis它提供了一種很重要的分析方法——參量分析的方法，也即參量掃描。可以對溫度，用戶自定義的變量（variables）進行掃描，從而找出最合適的值。2023/1/630共88頁其它有關的菜單項（1）Tools/ParametricAn其它有關的菜單項（2）Outputs/Tobeplotted/selectedonschematicschematic子菜單用來在電路原理圖上選取要顯示的波形（點擊連線選取節點電壓，點擊元件端點選取節點電流），這個菜單比較常用2023/1/631共88頁其它有關的菜單項（2）Outputs/Tobeplott其它有關的菜單項（3）

Outputs/Setup當然我們需要輸出的有時不僅僅是電流、電壓，還有一些更高級的。比如說：帶寬、增益等需要計算的值，這時我們可以在Outputs/setup中設定其名稱和表達式。在運行模擬之后，這些輸出將會很直觀的顯示出來。舉個例子：標識3db的點，我們用到的表達式如下：bandwidth（VF(“/Out)，3，“low”）。

需要注意的是：表達式一般都是通過計算器（caculator）輸入的。Cadance自帶的計算器功能強大，除了輸入一些普通表達式以外，還自帶有一些特殊表達式，如bandwidth、average等等。

2023/1/632共88頁其它有關的菜單項（3）Outputs/Setup202Calculator的使用Calculator是一個重要的數據處理工具，可以用來仿真電源抑制比，相位裕度，共模抑制比2023/1/633共88頁Calculator的使用Calculator是一個重要的數其它有關的菜單項（3）Results菜單2023/1/634共88頁其它有關的菜單項（3）Results菜單2023/1/634模擬結果的顯示以及處理在模擬有了結果之后，如果設定的output有plot屬性的話，系統會自動調出waveform窗口，并顯示outputs的波形，如左圖2023/1/635共88頁模擬結果的顯示以及處理在模擬有了結果之后，如果設定的outp分模塊模擬(建立子模塊)存在問題在電路越來越復雜的情況下，存在許多重復單元，如果花時間分別去建立schamatic，明顯會使工作更繁復。解決方案

我們在建立了一個子電路后，可以將其看作一個整體，建立一個模塊,即建立一個symbol（viewname），放在用戶自己庫里的作為一個器件(component)來用，這樣可以大大減小工作量、提高效率、簡化設計。2023/1/636共88頁分模塊模擬(建立子模塊)存在問題2023/1/636共88頁schematic和symbol圖在LibraryManager中分別建立cellview的schematic(view)和symbol(view)，如下圖所示。兩者的Pin的名稱必須一致，這樣才能建立起一一對應的關系。2023/1/637共88頁schematic和symbol圖在LibraryMana建立子模塊的方法1、直接建立在LibraryManager中新建cell，在彈出的窗口的Tool項選擇Composer-symbol,即建立的是symbol(view);用子菜單Add/Shape/Line和Add/Shape/Circle的命令畫出所需的形狀；用子菜單Add/label的命令添加標簽[@instanceName]；

用子菜單Add/PIn的命令添加管腳用子菜單Add/SelectionBox命令添加選擇框。2、間接建立打開cell的schematic(view)，用子菜單Design/CreateCellview/FromCellview命令。在彈出的窗口里輸入相應的名稱后，單擊OK2023/1/638共88頁建立子模塊的方法1、直接建立2、間接建立2023/1/638子模塊的調用在Schematic中點擊AddInstance。然后在Library中選中你的子模塊所在的library，cellview，symbol。這樣就可以調用你設計的子模塊了。2023/1/639共88頁子模塊的調用在Schematic中點擊AddInstanc五、運算放大器仿真實例1、電路圖的輸入（共模反饋型運放），如下圖所示：2023/1/640共88頁五、運算放大器仿真實例1、電路圖的輸入（共模反饋型運放），如2、建立Symbol圖2023/1/641共88頁2、建立Symbol圖2023/1/641共88頁3、仿真電路圖示意2023/1/642共88頁3、仿真電路圖示意2023/1/642共88頁4、運放小信號仿真示例電源電壓Vdc=3.3V；交流信號源acm=1V；負載電容Cload=5pF；采用Spectre分析方式，選擇交流分析（ac），設置如下：SweepVariable：FrequencySweepRange：1Hz~100MHz仿真完成后，點擊Result->DirectPlot->ACGain&Phase

查看運放的幅頻特性和相頻特性

2023/1/643共88頁4、運放小信號仿真示例電源電壓Vdc=3.3V；2023/仿真結果該運放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82MHz，相位裕度為67.32deg。2023/1/644共88頁仿真結果該運放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82M相位裕度與負載電容的關系曲線仿真

1、設置相位裕度輸出，點擊Outputs->Setup其中運用了Candence函數PhaseMargin2023/1/645共88頁相位裕度與負載電容的關系曲線仿真

1、設置相位裕度輸出，點擊相位裕度與負載電容的關系曲線仿真2、點擊Tools->ParametricAnalysis設置負載電容的掃描范圍和掃描步長，其中RangeType選擇From/To，StepControl選擇LinearSteps2023/1/646共88頁相位裕度與負載電容的關系曲線仿真2、點擊Tools->Pa相位裕度與負載電容的關系曲線仿真3、點擊ParametricAnalysis中的Analysis->Start得到相位裕度與負載電容的關系曲線如圖：2023/1/647共88頁相位裕度與負載電容的關系曲線仿真3、點擊Parametric5運放直流仿真示例目標：仿真輸出電壓與輸入電壓的變化曲線方法：采用直流仿真（dc）仿真參數設置

1、在仿真電路圖中將信號源的輸入電壓定義為變量Vin2、在仿真環境界面中選擇Variables->CopyFromCellview,將電路中設置的變量集中在DesignVariables欄中，初始化Vin和Cload變量，其中Vin=0V，Cload=5pF

2023/1/648共88頁5運放直流仿真示例目標：仿真輸出電壓與輸入電壓的變化曲線23、設置dc仿真，其中SweepVariable選擇DesignVariable，在VariableName中填寫Vin，SweepRange選擇Start-Stop，Vin的掃描范圍為-1mV~1mV2023/1/649共88頁3、設置dc仿真，其中SweepVariable選擇Des4、仿真結果（橫坐標為輸入電壓，縱坐標為輸出電壓）如圖我們可以看出：運放的輸出擺幅大約為-2.55V~2.55V2023/1/650共88頁4、仿真結果（橫坐標為輸入電壓，縱坐標為輸出電壓）2023/6、瞬態仿真示例目標：通過仿真得到運放的擺率方法：運用瞬態仿真，輸入信號設置為電壓脈沖，觀察輸出電壓的變化情況參數設置：輸入信號源采用analoglib中的脈沖發生器vpwl，輸入電壓初始值為0V，在10ns~10.1ns跳變到4VTran仿真時間為100ns

在電路圖中選擇輸出變量，Outputs->ToBePlotted->SelectOnSchematic，在這里我們選擇輸入脈沖以及輸出電壓2023/1/651共88頁6、瞬態仿真示例目標：通過仿真得到運放的擺率2023/1/6仿真結果如圖我們可以計算得到：運放擺率SR=117V/us2023/1/652共88頁仿真結果2023/1/652共88頁附：Hspice簡介Avant!Start－Hspice（現在屬于Synopsys公司）是IC設計中最常使用的電路仿真工具，是目前業界使用最為廣泛的IC設計工具，甚至可以說是事實上的標準。教材計算：采用Level2的MOSModelFoundry：Level49和Mos9、EKV等因此設計者除利用Level2的Model進行電路的估算以外，還一定要使用電路仿真軟件Hspice、Spectre等進行仿真，以便得到更精確的結果。

2023/1/653共88頁附：Hspice簡介Avant!Start－Hspice（Hspice的使用使用Hspice需要有hspicefile（*.sp），它的來源主要有以下兩種方式：（一）自己寫（二）由Cadence中的schematic文件得到2023/1/654共88頁Hspice的使用使用Hspice需要有hspicefil*.sp文件的生成（1）創建需要進行仿真的電路，設定好各項參數，包括激勵源的設置。2023/1/655共88頁*.sp文件的生成（1）創建需要進行仿真的電路，設定好各項參*.sp文件的生成（2）選擇Simulate/Directory/Host菜單仿真器選擇hspiceS選擇ModelPath菜單設置庫的路徑2023/1/656共88頁*.sp文件的生成（2）選擇Simulate/Directo*.sp文件的生成（3）選擇Analyses菜單下的choose項選擇仿真類型（tran）Simulation->Netlist->CreateFinalFile->SaveAs,輸入存放的全路徑2023/1/657共88頁*.sp文件的生成（3）選擇Analyses菜單下的choo運行Hspice由于工作站版的Hspice沒有license不能用，因此采用單機版的Hspice。版本是2002.2.22023/1/658共88頁運行Hspice由于工作站版的Hspice沒有license修改*.sp文件在進行Hspice仿真之前，還要對剛剛生成的*.sp文件進行修改，如圖所示，添加hspice的庫文件和仿真精度（ttffssfssf）注意：庫文件的具體路徑要寫對，而且要是Hspice的庫POST必須加上2023/1/659共88頁修改*.sp文件在進行Hspice仿真之前，還要對剛剛生成的用Hspice進行仿真仿真查看錯誤信息波形查看器2023/1/660共88頁用Hspice進行仿真仿真查看錯誤信息波形查看器2023/1AvanWaves波形觀察器2023/1/661共88頁AvanWaves波形觀察器2023/1/661共88頁AvanWaves波形觀察器2023/1/662共88頁AvanWaves波形觀察器2023/1/662共88頁Spectre–Verilog數模混合仿真Pushthelimitofsystemperformance

ReduceparasiticReduceI/OdrivingloadsExploitdesignspacebetweenblocksPushthelimitofpowerdissipation

ReduceparasiticloadsReduceI/OdrivingcurrentsReducethesystemsizeWhyMixed-SignalSimulation?2023/1/663共88頁Spectre–Verilog數模混合仿真PushthSystemintheRealWorld2023/1/664共88頁SystemintheRealWorld2023/1MostlyAppliedMethodof

Mixed-SignalDesign系統分成若干個芯片，每個芯片分開設計，再經電路板整合。2023/1/665共88頁MostlyAppliedMethodof

MixeIntegrated

Mixed-SignalDesign2023/1/666共88頁Integrated

Mixed-SignalDesignCommerciallyAvailableSimulation

EnvironmentsCadence–ADE：VHDL/Verilog,Verilog-A,Spectre–AMS：VHDL/Verilog,Verilog-A,VHDL/Verilog-AMS,Spice,SpectreMentorGraphic–ADVanceMS(ModelSim+Eldo)：C,VHDL/Verilog,Verilog-A,VHDL/Verilog-AMS,SpiceSynopsys–Timemill：Transistorlevel–Star-Sim：Transistorlevel–VCS+NanoSim：C,VHDL/Verilog,Verilog-A,SpiceDolphinIntegration–SMASH：ABCD,VHDL/Verilog,VHDL/Verilog-AMS,Spice2023/1/667共88頁CommerciallyAvailableSimulatMixed-SignalSimulator的基本結構以模擬電路仿真器為核心

在處理數模混合電路時將數字部分等效為相應的簡化的模擬電路、或采用解析函數來表示邏輯模塊的行為，然后對整個系統采用模擬電路的方法進行模擬。

優點：模擬結果精確、能處理的電路規模比較大，模擬速度也有顯著提高。

缺點：比邏輯模擬器還是慢很多。同時包含模擬和數字兩個仿真核處理速度快，能處理的電路規模極大，但需要解決模擬仿真核和數字仿真核之間的通信問題；另外，由于數字邏輯仿真器和模擬仿真器的輸入、輸出數據是不一樣的，還必須在模擬仿真核和數字仿真核之間實現模擬信號和數字信號的相互轉換。2023/1/668共88頁Mixed-SignalSimulator的基本結構以模CreatingAnalogBlockCreatetheschematicviewofanalogblock,andcreateasymbolviewforcelluse2023/1/669共88頁CreatingAnalogBlockCreatethCreatingDigitalBlock2023/1/670共88頁CreatingDigitalBlock2023/1/6CreatedigitalblocksymbolUseAdd->Pin//Add->ShapetocreatedigitalblocksymbolThepinnameclkinandclkoutmustbethesameasverilogtext2023/1/671共88頁CreatedigitalblocksymbolUseCreatingaMixed-SignalSchematic2023/1/672共88頁CreatingaMixed-SignalSchemaCreateConfigViewforSimulationThemixed-signalsimulationhierarchyiscontrolledbyHierarchy-EditorwhichmustbedefinedwithconfigviewcellnameistopcircuitnameforsimulationviewnamewillbesetasconfigUseCreateNewFiletocreateanewconfigviewwithHierarchy-Editor2023/1/673共88頁CreateConfigViewforSimulatSetNewConfiguration1.ChooseUseTemplatesampleinformation2.ChoosespetreVerilog1233.Changetheviewnametoschematicforsimulation4.ClickOK2023/1/674共88頁SetNewConfiguration1.ChooseOpentheSchematicVersionofConfigViewOpentheschematicversionoftheconfigviewofmix

fromtheLibrarymanager2023/1/675共88頁OpentheSchematicVersionofSetBlockPartition開啟hierarchyeditor設定所使用的cellview顯示所使用的cellview及其顏色設定Schematiceditor中的Hierarchy-Editor及Mixed-Signal兩項Menu是由菜單Tools->MixedSignalOpts.而產生的2023/1/676共88頁SetBlockPartition開啟hierarchySetBlockPartition(cont.)2023/1/677共88頁SetBlockPartition(cont.)2023CheckBlockPartitionChangeanalog&digitalstopviewstomatchthestopviewsinyourhierarchyeditor(asbelow)2023/1/678共88頁CheckBlockPartitionChangeanCheckPartitionResults設定顯示的顏色及項目顯示所有模塊劃分的結果顯示模擬電路模塊顯示數字電路模塊顯示混合信號電路模塊顯示無法規類的電路模塊清除所有顯示內容2023/1/679共88頁CheckPartitionResults設定顯示的顏色PartitionRequirementThedesignmustcontainatleastoneanalogcomponent.Thedesignmustcontainatleastonedigitalcomponent.Theremustbewithatleastoneinterfacenet.Analogstimulidefinedintheanalogstimulifilecannotbeusedtodrivedigitalnet.Digitalstimulidefinedinthedigitalstimulifilecannotbeusedtodriveanalognet.Anyinterfacenetmustbeidentifiedbeforenetlisting.2023/1/680共88頁PartitionRequirementThedesigSetuptheanalog/digitalinterfaceSelect:Mixed-Signal-->InterfaceElements-->Instancethistoolisusedtoconfigurehowthedigitalblockreadsanaloginputsandhowdigitaloutputsareseenbyanalogcells(effectiveA/DandD/A).2023/1/681共88頁Setuptheanalog/digitalinterSetuptheanalog/digitalinterfaceMOS_a2d:A2D_V0低電平

A2D_V1高電平

A2D_TX：voltagebetweenV0andV1afterTXwillyieldalogicXMOS_d2a：ModelParametersD2A_VL:inputlowvoltageD2A_VH:inputhighvoltageD2A_TR:risetimeforlowtohighD2A_TF:falltimeforhightolow2023/1/682共88頁Setuptheanalog/digitalinterSetupMenuinAnalogEnvironmentWithSetupwindowtodefinesimulationinitializationsetupChoosethesimulator?Definedevicemodellibrary?Definetemperature……2023/1/683共88頁SetupMenuinAnalogEnvironmeChoosingSimulator/Directory/Host選擇SpectreVerilog2023/1/684共88頁ChoosingSimulator/Directory/HChooseAnalysisTypeInvoketheanalysissettingwindowForMixed-Signalsimulation,onlytranismeaningfulSetthesimulationtimeCheckthisboxtoenablethissimulation2023/1/685共88頁ChooseAnalysisTypeInvoketheSubmittheSimulationExecutethesimulationjobwithRun,orcreatethenetlistwithNetliststartsimulation2023/1/686共88頁SubmittheSimulationExecutetResults其中clk：數字模擬輸入DIGITAL_OUT：數字輸出

ANALOG_OUT：模擬輸出2023/1/687共88頁Results其中clk：數字模擬輸入2023THANKYOU!2023/1/688共88頁THANKYOU!2023/1/688共88頁Hspice/Spectre介紹羅豪2008.9.222023/1/689共88頁Hspice/Spectre介紹2023/1/61共88頁模擬集成電路的設計流程1.交互式電路圖輸入2.電路仿真3.版圖設計4.版圖的驗證（DRCLVS）5.寄生參數提取6.后仿真7.流片全定制2023/1/690共88頁模擬集成電路的設計流程1.交互式電路圖輸入全定制2023/1各種仿真器簡介SPICE:由UCBerkeley開發。用于非線性DC分析，非線性瞬態分析和線性的AC分析。Hspice:作為業界標準的電路仿真工具，它自帶了許多器件模型，包括小尺寸的MOSFET和MESFET。Cadence提供了hspice的基本元件庫并提供了與Hspice的全面的接口。

Spectre:由Cadence開發的電路仿真器，在SPICE的基礎上進行了改進，使得計算的速度更快，收斂性能更好。2023/1/691共88頁各種仿真器簡介2023/1/63共88頁高精度電路仿真器1、Spectre/SpectreRF(cadence)2、Hspice/HspiceRF(avanti)3、Ads(Agilent主要針對RF)4、eldo(MentorGraphics)5、saber(Synopsys)2023/1/692共88頁高精度電路仿真器1、Spectre/SpectreRF(caCadenc軟件簡介Cadence提供了一個大型的EDA軟件包，它包括：ASIC設計全定制IC設計工具VirtuosoSchematicComposer電路仿真工具AnalogDesignEnvironmentFPGA設計PCB設計2023/1/693共88頁Cadenc軟件簡介Cadence提供了一個大型的EDACadence中Spectre的模擬仿真1、進入Cadence軟件包2、建立可進行SPECTRE模擬的單元文件3、編輯可進行SPECTRE模擬的單元文件4、模擬仿真的設置(重點)5、模擬仿真結果的顯示以及處理6、分模塊模擬(建立子模塊)7、運算放大器仿真實例2023/1/694共88頁Cadence中Spectre的模擬仿真1、進入Cadenc一、進入Cadence軟件包方法一

安裝并運行exeed軟件，使用putty軟件（緣網下載），在Hostname處填工作站地址，端口默認，協議（protocol）選SSH，如圖所示，然后點擊Open。2023/1/695共88頁一、進入Cadence軟件包方法一2023/1/67共88頁1、鍵入用戶名和密碼，在提示符處鍵入:source/opt/demo/cds.env(回車)2、setenvDISPLAY本機ip:0.0(回車)，再鍵入icfb&，出現的主窗口如圖所示:2023/1/696共88頁1、鍵入用戶名和密碼，在提示符處鍵入:source/opt方法二

1、安裝winvnc軟件

2、運行putty軟件鍵入用戶名和密碼，在提示符處鍵入vncserver命令申請vnc端口

3、運行winvnc，填入主機名稱：端口號碼2023/1/697共88頁方法二2023/1/69共88頁二、建立可進行SPECTRE模擬

的單元文件主窗口分為信息窗口CIW、命令行以及主菜單。信息窗口會給出一些系統信息（如出錯信息，程序運行情況等）。在命令行中可以輸入某些命令。主菜單包括：1、File菜單2、Tools菜單3、Options菜單2023/1/698共88頁二、建立可進行SPECTRE模擬

的單元文件主窗口分為信息窗File菜單在File菜單下，主要的菜單項有New、Open、Exit等New菜單項的子菜單下有Library、Cellview兩項。Library項打開NewLibrary窗口，Cellview項打開CreateNewFile窗口。Open菜單項打開相應的OpenFile窗口。Exit項退出Cadence軟件包。LibraryCellSchematicSymbolLayoutVerilog（View）2023/1/699共88頁File菜單在File菜單下，主要的菜單項有New、OpenLibrary,Cell以及View

1、library(庫)的地位相當于文件夾，它用來存放一整個設計的所有數據，包括子單元（cell）以及子單元（cell）中的多種視圖（view）。新建時注意選擇是否鏈接techfile。2、Cell（單元）可以是一個簡單的單元，像一個與非門，也可以是比較復雜的單元（由symbol搭建而成）。

3、View則包含多種類型，常用的有schemetic，symbol，layout，extracted，ivpcell等等,新建Cellview要注意選擇View的類型。2023/1/6100共88頁Library,Cell以及View1、library(庫Tools菜單在Tools菜單下，比較常用的菜單項有LibraryManagerLibraryPathEditorTechnologyFileManagerLibraryManager項打開的是庫管理器。在窗口的各部分中，分別顯示的是Library、Category、Cell、View相應的內容。2023/1/6101共88頁Tools菜單在Tools菜單下，比較常用的菜單項有LibLibraryPathEditor可以對本用戶的文件路徑進行修改TechnologyFileManager基本上都是和工藝相關的功能和設置。比較常用的是EditLayers可以使用在版圖編輯中，用來修改原始圖層的一些屬性。LibraryPathEditor&TechnologyFileManager2023/1/6102共88頁LibraryPathEditor可以對本用戶的文件路徑Options菜單Options菜單主要是對Cadence的一些參數進行調整和設置，如快捷鍵等。一般無需設置，直接使用默認值。2023/1/6103共88頁Options菜單Options菜單主要是對Cadence的三、編輯可進行SPECTRE模擬

的單元文件選擇主窗口File→Open→Openfile，打開相應的SchematicView，即進入了Composer-SchematicEditing窗口，如右圖所示。2023/1/6104共88頁三、編輯可進行SPECTRE模擬

的單元文件選擇主窗口Fil工具欄介紹從上至下：1.CheckandSave2.Save3.Zoominby2]4.Zoomoutby2[5.Stretchs6.Copyc7.DeleteDel8.Undo9.Propertyq10.Instancei11.Wire（Narrow）w12.Wire（Wide）13.WireNamel14.Pinp15.CmdOptions16.Repeat2023/1/6105共88頁工具欄介紹從上至下：1.CheckandSave11.添加元器件點擊右邊工具欄“Instance”或快捷鍵“I”基本的元器件，如NMOSPMOS電阻電容電壓源電流源等等都在analoglib庫里。注意！View要選擇symbol2023/1/6106共88頁添加元器件點擊右邊工具欄“Instance”或快捷鍵“I”基常用analoglib庫的元器件器件Cell名稱pnp管pnp電阻res地gnd電容cap直流電壓源vdc電感ind直流電流源idcNMOSnmos4方波發生源vpulsePMOSpmos4可編程方波發生源vpwlnpn管npn正弦波發生源vsin2023/1/6107共88頁常用analoglib庫的元器件器件Cell名稱pnp管p元器件symbol視圖2023/1/6108共88頁元器件symbol視圖2023/1/620共88頁一些快捷鍵以下是一些常用的快捷鍵：i

添加元件，即打開添加元件的窗口；[

縮小兩倍；]

擴大兩倍；w

連線（細線）；f

全圖顯示；p

查看元件屬性；m

整體移動（帶連接關系）；shift+m移動（不帶連接關系）。2023/1/6109共88頁一些快捷鍵以下是一些常用的快捷鍵：2023/1/621共8四、模擬仿真的設置(重點)Composer-schamatic界面中的Tools→AnalogEnvironment項可以打開AnalogDesignEnvironment窗口，如右圖所示。2023/1/6110共88頁四、模擬仿真的設置(重點)Composer-schamatiAnalogDesignSimulation菜單介紹Session菜單SchematicWindow

SaveState

LoadState

Options

Reset

Quit回到電路圖保存當前所設定的模擬所用到的各種參數加載已經保存的狀態一些顯示選項的設置重置analogartist。相當于重新打開一個模擬窗口退出2023/1/6111共88頁AnalogDesignSimulation菜單介紹SeSetup菜單Setup菜單Design

Simulator/directory/host

Temperature

ModelLibraryEnvironment選擇所要模擬的線路圖選擇模擬使用的模型一般有cdsSpicehspiceS

spectre等設置模擬時的溫度設置庫文件的路徑和仿真方式設置仿真的環境（后仿真時需設置）2023/1/6112共88頁Setup菜單Setup菜單DesignSimulatAnalyses菜單選擇模擬類型。Spectre的分析有很多種，如右圖，最基本的有tran（瞬態分析）dc（直流分析）ac（交流分析）。2023/1/6113共88頁Analyses菜單選擇模擬類型。Spectre的分析有很多tran（瞬態分析）2023/1/6114共88頁tran（瞬態分析）2023/1/626共88頁dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對temperature，DesignVariable，Component

Parameter，ModelParameter進行掃描仿真舉例:對溫度的掃描（測量溫度系數）電路隨電源電壓變化的變化曲線等2023/1/6115共88頁dc（直流分析）dc（直流分析）可以在直流條件下對tempeac（交流分析）ac（交流分析）是分析電路性能隨著運行頻率變化而變化的仿真。既可以對頻率進行掃描也可以在某個頻率下進行對其它變量的掃描。2023/1/6116共88頁ac（交流分析）ac（交流分析）是分析電路性能隨著運行頻率變Variables菜單包括Edit等子菜單項?？梢詫ψ兞窟M行添加、刪除、查找、復制等操作。變量（variables）既可以是電路中元器件的某一個參量，也可以是一個表達式。變量將在參量掃描（parametricanalysis）時用到。2023/1/6117共88頁Variables菜單包括Edit等子菜單項?？梢詫ψ兞窟M行其它有關的菜單項（1）Tools/ParametricAnalysis它提供了一種很重要的分析方法——參量分析的方法，也即參量掃描。可以對溫度，用戶自定義的變量（variables）進行掃描，從而找出最合適的值。2023/1/6118共88頁其它有關的菜單項（1）Tools/ParametricAn其它有關的菜單項（2）Outputs/Tobeplotted/selectedonschematicschematic子菜單用來在電路原理圖上選取要顯示的波形（點擊連線選取節點電壓，點擊元件端點選取節點電流），這個菜單比較常用2023/1/6119共88頁其它有關的菜單項（2）Outputs/Tobeplott其它有關的菜單項（3）

Outputs/Setup當然我們需要輸出的有時不僅僅是電流、電壓，還有一些更高級的。比如說：帶寬、增益等需要計算的值，這時我們可以在Outputs/setup中設定其名稱和表達式。在運行模擬之后，這些輸出將會很直觀的顯示出來。舉個例子：標識3db的點，我們用到的表達式如下：bandwidth（VF(“/Out)，3，“low”）。

需要注意的是：表達式一般都是通過計算器（caculator）輸入的。Cadance自帶的計算器功能強大，除了輸入一些普通表達式以外，還自帶有一些特殊表達式，如bandwidth、average等等。

2023/1/6120共88頁其它有關的菜單項（3）Outputs/Setup202Calculator的使用Calculator是一個重要的數據處理工具，可以用來仿真電源抑制比，相位裕度，共模抑制比2023/1/6121共88頁Calculator的使用Calculator是一個重要的數其它有關的菜單項（3）Results菜單2023/1/6122共88頁其它有關的菜單項（3）Results菜單2023/1/634模擬結果的顯示以及處理在模擬有了結果之后，如果設定的output有plot屬性的話，系統會自動調出waveform窗口，并顯示outputs的波形，如左圖2023/1/6123共88頁模擬結果的顯示以及處理在模擬有了結果之后，如果設定的outp分模塊模擬(建立子模塊)存在問題在電路越來越復雜的情況下，存在許多重復單元，如果花時間分別去建立schamatic，明顯會使工作更繁復。解決方案

我們在建立了一個子電路后，可以將其看作一個整體，建立一個模塊,即建立一個symbol（viewname），放在用戶自己庫里的作為一個器件(component)來用，這樣可以大大減小工作量、提高效率、簡化設計。2023/1/6124共88頁分模塊模擬(建立子模塊)存在問題2023/1/636共88頁schematic和symbol圖在LibraryManager中分別建立cellview的schematic(view)和symbol(view)，如下圖所示。兩者的Pin的名稱必須一致，這樣才能建立起一一對應的關系。2023/1/6125共88頁schematic和symbol圖在LibraryMana建立子模塊的方法1、直接建立在LibraryManager中新建cell，在彈出的窗口的Tool項選擇Composer-symbol,即建立的是symbol(view);用子菜單Add/Shape/Line和Add/Shape/Circle的命令畫出所需的形狀；用子菜單Add/label的命令添加標簽[@instanceName]；

用子菜單Add/PIn的命令添加管腳用子菜單Add/SelectionBox命令添加選擇框。2、間接建立打開cell的schematic(view)，用子菜單Design/CreateCellview/FromCellview命令。在彈出的窗口里輸入相應的名稱后，單擊OK2023/1/6126共88頁建立子模塊的方法1、直接建立2、間接建立2023/1/638子模塊的調用在Schematic中點擊AddInstance。然后在Library中選中你的子模塊所在的library，cellview，symbol。這樣就可以調用你設計的子模塊了。2023/1/6127共88頁子模塊的調用在Schematic中點擊AddInstanc五、運算放大器仿真實例1、電路圖的輸入（共模反饋型運放），如下圖所示：2023/1/6128共88頁五、運算放大器仿真實例1、電路圖的輸入（共模反饋型運放），如2、建立Symbol圖2023/1/6129共88頁2、建立Symbol圖2023/1/641共88頁3、仿真電路圖示意2023/1/6130共88頁3、仿真電路圖示意2023/1/642共88頁4、運放小信號仿真示例電源電壓Vdc=3.3V；交流信號源acm=1V；負載電容Cload=5pF；采用Spectre分析方式，選擇交流分析（ac），設置如下：SweepVariable：FrequencySweepRange：1Hz~100MHz仿真完成后，點擊Result->DirectPlot->ACGain&Phase

查看運放的幅頻特性和相頻特性

2023/1/6131共88頁4、運放小信號仿真示例電源電壓Vdc=3.3V；2023/仿真結果該運放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82MHz，相位裕度為67.32deg。2023/1/6132共88頁仿真結果該運放直流增益為80.9dB，單位增益帶寬為82M相位裕度與負載電容的關系曲線仿真

1、設置相位裕度輸出，點擊Outputs->Setup其中運用了Candence函數PhaseMargin2023/1/6133共88頁相位裕度與負載電容的關系曲線仿真

1、設置相位裕度輸出，點擊相位裕度與負載電容的關系曲線仿真2、點擊Tools->ParametricAnalysis設置負載電容的掃描范圍和掃描步長，其中RangeType選擇From/To，StepControl選擇LinearSteps2023/1/6134共88頁相位裕度與負載電容的關系曲線仿真2、點擊Tools->Pa相位裕度與負載電容的關系曲線仿真3、點擊ParametricAnalysis中的Analysis->Start得到相位裕度與負載電容的關系曲線如圖：2023/1/6135共88頁相位裕度與負載電容的關系曲線仿真3、點擊Parametric5運放直流仿真示例目標：仿真輸出電壓與輸入電壓的變化曲線方法：采用直流仿真（dc）仿真參數設置

1、在仿真電路圖中將信號源的輸入電壓定義為變量Vin2、在仿真環境界面中選擇Variables->CopyFromCellview,將電路中設置的變量集中在DesignVariables欄中，初始化Vin和Cload變量，其中Vin=0V，Cload=5pF

2023/1/6136共88頁5運放直流仿真示例目標：仿真輸出電壓與輸入電壓的變化曲線23、設置dc仿真，其中SweepVariable選擇DesignVariable，在VariableName中填寫Vin，SweepRange選擇Start-Stop，Vin的掃描范圍為-1mV~1mV2023/1/6137共88頁3、設置dc仿真，其中SweepVariable選擇Des4、仿真結果（橫坐標為輸入電壓，縱坐標為輸出電壓）如圖我們可以看出：運放的輸出擺幅大約為-2.55V~2.55V2023/1/6138共88頁4、仿真結果（橫坐標為輸入電壓，縱坐標為輸出電壓）2023/6、瞬態仿真示例目標：通過仿真得到運放的擺率方法：運用瞬態仿真，輸入信號設置為電壓脈沖，觀察輸出電壓的變化情況參數設置：輸入信號源采用analoglib中的脈沖發生器vpwl，輸入電壓初始值為0V，在10ns~10.1ns跳變到4VTran仿真時間為100ns

在電路圖中選擇輸出變量，Outputs->ToBePlotted->SelectOnSchematic，在這里我們選擇輸入脈沖以及輸出電壓2023/1/6139共88頁6、瞬態仿真示例目標：通過仿真得到運放的擺率2023/1/6仿真結果如圖我們可以計算得到：運放擺率SR=117V/us2023/1/6140共88頁仿真結果2023/1/652共88頁附：Hspice簡介Avant!Start－Hspice（現在屬于Synopsys公司）是IC設計中最常使用的電路仿真工具，是目前業界使用最為廣泛的IC設計工具，甚至可以說是事實上的標準。教材計算：采用Level2的MOSModelFoundry：Level49和Mos9、EKV等因此設計者除利用Level2的Model進行電路的估算以外，還一定要使用電路仿真軟件Hspice、Spectre等進行仿真，以便得到更精確的結果。

2023/1/6141共88頁附：Hspice簡介Avant!Start－Hspice（Hspice的使用使用Hspice需要有hspicefile（*.sp），它的來源主要有以下兩種方式：（一）自己寫（二）由Cadence中的schematic文件得到2023/1/6142共88頁Hspice的使用使用Hspice需要有hspicefil*.sp文件的生成（1）創建需要進行仿真的電路，設定好各項參數，包括激勵源的設置。2023/1/6143共88頁*.sp文件的生成（1）創建需要進行仿真的電路，設定好各項參*.sp文件的生成（2）選擇Simulate/Directory/Host菜單仿真器選擇hspiceS選擇ModelPath菜單設置庫的路徑2023/1/6144共88頁*.sp文件的生成（2）選擇Simulate/Directo*.sp文件的生成（3）選擇Analyses菜單下的choose項選擇仿真類型（tran）Simulation->Netlist->CreateFinalFile->SaveAs,輸入存放的全路徑2023/1/6145共88頁*.sp文件的生成（3）選擇Analyses菜單下的choo運行Hspice由于工作站版的Hspice沒有license不能用，因此采用單機版的Hspice。版本是2002.2.22023/1/6146共88頁運行Hspice由于工作站版的Hspice沒有license修改*.sp文件在進行Hspice仿真之前，還要對剛剛生成的*.sp文件進行修改，如圖所示，添加hspice的庫文件和仿真精度（ttffssfssf）注意：庫文件的具體路徑要寫對，而且要是Hspice的庫POST必須加上2023/1/6147共88頁修改*.sp文件在進行Hspice仿真之前，還要對剛剛生成的用Hspice進行仿真仿真查看錯誤信息波形查看器2023/1/6148共88頁用Hspice進行仿真仿真查看錯誤信息波形查看器2023/1AvanWaves波形觀察器2023/1/6149共88頁AvanWaves波形觀察器2023/1/661共88頁AvanWaves波