SPICE模型入門介紹

SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）是由美國加州大學伯克利分校的電子研究實驗室于1975年開發(fā)出來的一種功能非常強大的通用模擬電路仿真器。最初主要被用來驗證集成電路中的電路設(shè)計，以及預測電路的性能。

現(xiàn)在SPICE模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計中，可對電路進行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)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(nèi)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(shù)，利用SPICE模型能夠精確計算出系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)等各種工作特性，所以也可以用來進行系統(tǒng)級的信號完整性分析。

SPICE模型的組成

SPICE模型由兩部分組成：模型方程式(Model Equations)和模型參數(shù)(Model Parameters)。它是建立在電路基本元器件(如晶體管、電阻、電容等)的工作機理和物理細節(jié)之上的，是一個根據(jù)原理圖中各元器件的連接關(guān)系創(chuàng)建的網(wǎng)表文件，該網(wǎng)表由一系列子電路組成，用戶通過調(diào)用相關(guān)的子電路模塊就可以簡單地建立模擬網(wǎng)表。

原理圖中各元器件的SPICE參數(shù)主要表征元器件的物理特性和電特性。參數(shù)描述的充分性和精確性將決定模擬結(jié)果的準確性。

SPICE模型電路分析的類型

用SPICE模型可以完成多種類型的電路分析，其中最為主要的有：

● 直流分析(DC Analysis)：包括靜態(tài)工作點、直流靈敏度、直流傳輸特性、直流特性掃描分析;

● 交流分析(AC Analysis)：包括頻率特性、噪聲特性分析：

● 瞬態(tài)分析(Transient Analysis)：包括瞬態(tài)響應(yīng)分析和傅里葉分析;

● 參數(shù)掃描(Parametric and Temperature Analysis)：包括參數(shù)掃描分析和溫度特性分析;

● 蒙特卡羅分析(Monte Carlo Analysis)，隨機抽樣統(tǒng)計估算數(shù)學函數(shù)方法;

● 最壞情況分析(Worst-case Analysis)。

此外，由于SPICE模型還包含了器件隨溫度變化的特性，所以以上這些分析都可以設(shè)定在不同的溫度下進行。

圖片來源：R課堂

SPICE模型的缺點

SPICE模型技術(shù)相對成熟，模擬精度也比較高，但是使用SPICE模型有一些難以克服的缺點：首先由于SPTCE模型是晶體管一級的模型，隨著現(xiàn)在集成電路規(guī)模越來越大，即使只建立各個引腳的SPICE模型，也會包含成千上萬只晶體管一級的器件，所以其仿真速度必然很慢，這對于交互的PCB設(shè)計來講是不可接受的；其次，由于SPICE模型涉及許多集成電路設(shè)計方面的細節(jié)，一般集成電路廠家都不愿意公開提供，限制了它的廣泛應(yīng)用。這時需要引入IBIS模型來替代SPICE模型完成信號完整性分析。