SPICE模型入门介绍

2023-09-28

SPICE内建半导体器件模型,用户只需选定模型级别并给出合适的参数,利用SPICE模型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。

SPICE模型的组成

SPICE模型由两部分组成:模型方程式(Model Equations)和模型参数(Model Parameters)。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。

SPICE模型电路分析的类型

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),随机抽样统计估算数学函数方法;

● 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模型入门介绍 (https://ic.work/) 物联网 第1张

图片来源:R课堂

SPICE模型的缺点

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SPICE模型涉及许多集成电路设计方面的细节,一般集成电路厂家都不愿意公开提供,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。

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