HSPICE学习总结

生产实习报告
一． 目录
1． 实习内容记述分析
1） HSPICE的基本操作过程
2） 网表文件结构的总结
3） 简单的网表文件练习
4） 总结书写网表文件练习过程中的注意事项
5） 练习电路参数的调整
2．生产实习的收获与体会
HSPICE学习总结
操作的基本过程
1． 打开HSPICE操作平台：开始——程序——HSPICE——HSPUI

2． 打开EDIT NL项，输入网表文件并保存或者可直接在记事本中输入网表文件并保存
attention：一般情况下从EDIT NL项直接保存的文件后辍为.exe，应回到保存处强 行把文件后辍
改为.sp，否则无法运行仿真过程
3． 通过OPEN项调出刚才保存的网表文件
4． 通过SIMULATE项可对网表文件进行仿真
5． 查看EDIT LL项可知仿真过程中是否出现错误，还可查管子的工作状态
attention：模拟过程中经常要查看管子的工作状态以便对电路参数进行调整

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6． 仿真所得波形可通过打开AVANWAVES项查看









网表文件结构的总结
1．网表文件的基本大体结构
.exe1一个简单的网表文件

2

A SIMPLE CS AMPLIFIER *第一行为标题
.OPTION POST NODE
.TRAN 200P 20N *瞬态分析
.PRINT TRAN V(1) V(2)
M1 2 1 0 0 N L=1.6U W=50U *连接结构的描述
R 3 2 5K
VDD 3 0 3V
VIN 1 0 0 PULSE 0.2 4.8 2N 1N 1N 5N 20N *输入的描述
.MODEL N NMOS LEVEL=1 *模型的定义
.END



exe2.差分结构的网表文件


DIFFERENTIAL TEST
.OPTION POST NODE
.TRAN 200P 20N
.PRINT TRAN V(5,6) V(2)
M1 2 1 0 0 N L=1.6U W=50U
M2 5 3 2 2 N L=1.6U W=50U

3

M3 6 4 2 2 N L=1.6U W=50U
R1 7 5 5K
R2 7 6 5K
VDD 7 0 3V
VB 1 0 0.9
VIN1 3 0 SIN(1.7 0.1 50 0 0 0)
VIN2 4 0 SIN(1.7 0.1 50 0 0 180)
.MODEL N NMOS LEVEL=1
.END
在练习过程中写网表文件应注意的问题：
1． 网表文件第一行为标题。
2． 说明部分可前用*或$$在前标注
3． 换行继续应用+号标注
4． 对节点命名时应注意不要有相同的节同的节点名并且数字后的字母会被忽略，eg.1a 和1b被视
为同一个节点。而0，GND！，GROUND一般被命为地的节点名。
5． 注意电流源正负性与接连结点之间的方向关系

电压源的定义：V1 N1 N2 TYPE VALUE
电流源的定义：I1 N1 N2 TYPE VALUE
6 .网表文件还可通过在VIEWLOGIC软件中画电路原理图生长，但生成后的还应对其进行必要的修
改，例如加上信号源，输出控制语句等。以下为几种常用的信号源及输出控制语句的说明

各种信号源：
1） 正弦电压、电流源
语法：Vname N+ N- SIN(VO VA FREQ TD THETA PHASE)
Iname N+ N- SIN(VO VA FREQ TD THETA PHASE)
其意义为： Vname = VO + VA exp[-THETA.(t - TD)] sin[2pi.f (t - TD) + (Phase360)]
即VO为直流分量度，VA 为正弦信号的振幅，FREQ为其频率，TD为其延迟时间，THETA为其衰
减因子，PHASE为其 相位
说明：其中的TD 、THEHA、 PHASE项可省，若省则其值为默认值即0
eg.在差分对结构中要在两输入端输入一对差分信号，可表示为
Vin1 in1 0 sin(1.8 0.05 50 0 0 0)
Vin2 in2 0 sin(1.8 0.05 50 0 0 180)
此处规定了一对共模量为1.8v，振幅为0.05v，频率为50HZ，两 输入信号间相位差为180度的正弦
电压源
2） AC源（交流小信号源）
在模拟 设计仿真中经常要用到AC源对电路进行频率扫描分析，即交流小信号分析，可得电路和幅
频和相频响应 ，或频域传输函数。
描述语句格式如下：
Vname N+ N-(DC DCMAG) AC ACMAG (ACPHASE)

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其中：ACMA G和ACPHASE分别表示交流小信号源的幅度和相位。相位值可省，若省则为默认值
ACPHASE =0,其中的DC部分表示直流分量
eg.V1 N+ N- 1.8 AC=0.1,90
V2 N+ N- 1.8 AC 0.1 90
以上两表达形式等价
而HSPICE中交流小信号分析的描述语句格式如下:
.AC LIN NP FSTART FSTOP
.AC DEC NP FSTART FSTOP
.AC OCT NP FSTART FSTOP
其中LIN ,DEC,OCT表示扫描类型是线性,数量 级或倍频程.FSTART是起始频率,FSTOP是终止频
率.NP为扫描的点数








exe 3 完整电路的仿真过程

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要求：对以上结构的差分运放的性能指标：VDD=3V , 差动输出摆幅=3V , 功耗=10Mw , 增益
Av=2000.
具体的仿真过程
：
1． 根据各性能指标要求确定各器件的参数：
1） 首先从功率预算开始，给M9分配3mA,剩余0.3 Uaw分配给MB1和MB2,这样每个共源共栅支
路有1.5mA的电流
2） 接着考虑所需要的输出摆幅,VOUT的电压摆幅为3V, 则每一支路必须能摆动1.5V而且又不使
该支路的管子进入线性区,即M9和每个共源共栅支路可用的总电压为1.5V,据此我们分配给M9
的 过驱动电压为0.5V , 剩下的1V分配给共源共栅的四个晶体管,由于PMOS管的迁移率较低,
我们给每个PMOS管分配0.3V的过驱动电压,余下的分配给NMOS管,即其过驱动电压为0.2V
3） 根据每个晶体管的偏置电流和过驱动电压的大小,由Id=(12)UCox(WL)(Vgs- Vth)^2确定晶体管
的宽长比.得(WL)n=1070, (WL)p=1111, (WL)9=340
4） 查看模型参数考虑W与L 的具体实际值 , 此处我们选择MN MP模型,其各参数为:
NMOS:Lmin=1.6um Lmax=8um
Wmin=3.2un Wmax=50um
Tox=3.4E-8m Un=290cm^2v.s
PMOS Lmin=1.8um Lmax=8um

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Wmin=3.2un Wmax=50um
Tox=3.4E-8m Un=290cm^2v.s
说明:1.可用n个同样的器件并联而得到更长的宽长比.
2.为使器件的电容尽可能小,我们尽可能对每个晶体管取最小的长度
据此,我们先试取其值为(WL)n=50um1.6um并联40个. (WL)p=50um1.8um并联40个.
5).由前偏置电流和宽长比确定尾电流源M9,镜像电流部分MB1,MB2的宽长比,得
(WL)9=50um1.6um并联13个, (WL)b2=50um1.8um并联4个, (WL)b1=32um1.6um
且分配给Mb1, Mb2的偏置电流分别为I1=0.05Ma,I2=0.25mA
6).估算各直流偏置电压的大小,前提为使各管子工作在饱和区
Vin,cm=Vgs1+Vod9
=Vth1+Vod1+Vod9
=1.5V
Vb1(min)=Vgs3+Vod1+Vod9
=Vod3+Vod1+Vod9+Vth3
=1.7V
Vb2(max)=VDD-(Vsg5+Vod7)
=1.5V
2.根据电路原理图和以上的估算值写网表文件,并进行微调以使各管子工作在饱和区
经微调后得到的 网表文件:
differential amplifier
.op
.lib 'd:' mos_tt

***根据电路原理图得到的连结关系
mb1 1 1 0 0 mn l=1.6u w=10u
m9 2 1 0 0 mn l=1.6u w=48u M=12
m1 5 3 2 2 mn l=1.6u w=50u M=40
m2 6 4 2 2 mn l=1.6u w=50u M=40
m3 8 7 5 5 mn l=1.6u w=50u M=40
m4 9 7 6 6 mn l=1.6u w=50u M=40
m5 8 10 11 11 mp l=1.8u w=50u M=40
m6 9 10 12 12 mp l=1.8u w=50u M=40
m7 11 13 14 14 mp l=1.8u w=50u M=40
m8 12 13 14 14 mp l=1.8u w=50u M=40
mb2 13 13 14 14 mp l=1.8u w=48u M=5
***说明各引脚:
*VDD 14
*GND 0
*Iin1 1
*Iin2 13
*Vb1 7
*Vb2 10
*Vin1 3
*Vin2 4

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*Vout 8 9

***输入各直流偏置源
Iin1 14 1 dc 0.049m
Iin2 13 0 dc 0.24m
Vb1 7 0 dc 2.2
Vb2 10 0 dc 1.4
VDD 14 0 DC 3
***各输入分量
Vin1 3 0 1.82 ac 0.01 0
Vin2 4 0 1.82 ac 0.01 180
.AC OCT 10 10 1G
***输出传函,与相频关系(注意其表达式的写法要正确)
.probe AC av=par('VDB(8)-VDB(3)') PHASE=PAR('VP(8)-VP(3)')
.end
3.仿真后查看其.LIS文件可得各器件的参数分析,如下:
1 ****** HSPICE -- U-2003.09 (20030718) 15:49:24 07202023 pcnt
******
differential amplifier
****** operating point information tnom= 25.000 temp= 25.000
****** 各节点电压
***** operating point status is all simulation time is 0.
node =voltage node =voltage node =voltage

+0:1 = 1.3078 0:2 = 837.2645m 0:3 = 1.8200
+0:4 = 1.8200 0:5 = 1.2277 0:6 = 1.2277
+0:7 = 2.2000 0:8 = 2.1202 0:9 = 2.1202
+0:10 = 1.4000 0:11 = 2.6166 0:12 = 2.6166
+0:13 = 1.7735 0:14 = 3.0000


**** voltage sources电压源电流,电压,功率分析

subckt
element 0:vb1 0:vb2 0:vdd 0:vin1 0:vin2
volts 2.2000 1.4000 3.0000 1.8200 1.8200
current 0. 0. -3.4120m 0. 0.
power 0. 0. 10.2360m 0. 0.


total voltage source power dissipation= 10.2360m watts

***** current sources电流源的电流,功率分析


8

subckt
element 0:iin1 0:iin2
volts 1.6922 1.7735
current 49.0000u 240.0000u
power -82.9201u -425.6437u

******总功耗分析
total current source power dissipation=-508.5638u watts


**** mosfets管子工作状态及其各参数分析


subckt
element 0:mb1 0:m9 0:m1 0:m2 0:m3 0:m4
model 0:mn 0:mn 0:mn 0:mn 0:mn 0:mn
region Saturati Saturati Saturati Saturati Saturati Saturati
id 49.0000u 3.1230m 1.5615m 1.5615m 1.5615m 1.5615m
ibs 0. 0. 0. 0. 0. 0.
ibd 0. 0. 0. 0. 0. 0.
vgs 1.3078 1.3078 982.7355m 982.7355m 972.3427m 972.3427m
vds 1.3078 837.2645m 390.3928m 390.3928m 892.5800m 892.5800m
vbs 0. 0. 0. 0. 0. 0.
vth 854.6322m 831.8049m 831.4829m 831.4829m 831.4816m 831.4816m
vdsat 343.9637m 359.9977m 154.4790m 154.4790m 147.9277m 147.9277m
beta 569.4159u 34.8844m 123.0427m 123.0427m 123.0978m 123.0978m
gam eff 1.0430 1.0430 1.0430 1.0430 1.0430 1.0430
gm 180.1656u 11.0149m 14.7590m 14.7590m 15.2127m 15.2127m
gds 4.6741u 392.5498u 437.6247u 437.6247u 264.3635u 264.3635u
gmb 101.0394u 6.1406m 8.5021m 8.5021m 8.7760m 8.7760m
cdtot 3.3194f 192.0591f 669.1750f 669.1750f 663.7173f 663.7173f
cgtot 19.3890f 1.1160p 3.8578p 3.8578p 3.8438p 3.8438p
cstot 13.6215f 783.8216f 2.6874p 2.6874p 2.6748p 2.6748p
cbtot 8.0887f 466.7755f 1.6550p 1.6550p 1.6519p 1.6519p
cgs 14.3239f 821.8097f 2.7836p 2.7836p 2.7647p 2.7647p
cgd 3.3189f 191.8880f 668.2664f 668.2664f 663.6784f 663.6784f



subckt
element 0:m5 0:m6 0:m7 0:m8 0:mb2
model 0:mp 0:mp 0:mp 0:mp 0:mp
region Saturati Saturati Saturati Saturati Saturati
id -1.5615m -1.5615m -1.5615m -1.5615m -240.0000u

9

ibs 0. 0. 0. 0. 0.
ibd 0. 0. 0. 0. 0.
vgs -1.2166 -1.2166 -1.2265 -1.2265 -1.2265
vds -496.3817m -496.3817m -383.3809m -383.3809m -1.2265
vbs 0. 0. 0. 0. 0.
vth -894.6327m -894.6327m -898.6554m -898.6554m -869.0459m
vdsat -318.9258m -318.9258m -323.8493m -323.8493m -348.6750m
beta 30.6506m 30.6506m 30.6018m 30.6018m 3.6815m
gam eff 742.5591m 742.5591m 742.5591m 742.5591m 742.5591m
gm 8.5556m 8.5556m 8.1461m 8.1461m 1.2057m
gds 581.2148u 581.2148u 972.4085u 972.4085u 57.3183u
gmb 2.1820m 2.1820m 2.0868m 2.0868m 304.7611u
cdtot 622.5468f 622.5468f 661.3878f 661.3878f 72.8811f
cgtot 4.0684p 4.0684p 4.1040p 4.1040p 486.1601f
cstot 2.5364p 2.5364p 2.5389p 2.5389p 303.7903f
cbtot 1.1938p 1.1938p 1.1965p 1.1965p 142.7828f
cgs 2.9518p 2.9518p 2.9597p 2.9597p 353.1231f
cgd 558.9423f 558.9423f 596.2413f 596.2413f 65.3470f

注意:写完初步的网表文件后一定要查.LIS文件看管子是否工作在饱 和区,若不在应进行相应的微调.
4.查看输出波形,如下






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生产实习收获与体会
在半个月的实习过程中，本人主要学习了模拟仿真软件HSPICE的操 作与电路中有关参数的确定与
调整。而体会最深的主要是电路中有关参数的确定与调整，在这过程中首先 应该根据电路的性能指
标确定电路中器件的参数，然后是各有关直流偏置参数的确定

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