高速互連SPICE仿真模型介紹

SPICE(Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis)是由美國加州大學(xué)伯克利分校的電子研究實(shí)驗室于1975年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種功能非常強大的通用模擬電路仿真器。正如同SPICE的名字所表示的，它最初主要被用來(lái)驗證集成電路中的電路設計，以及預測電路的性能，因為這種仿真計算對于集成電路的設計是極其重要的。

SPICE模型發(fā)展至今，己經(jīng)在電子設計業(yè)中得到了廣泛的應用，并且還派生出許多不同的版本，其中最為主要的兩個(gè)是HSPICE和PSPICE.其中由Avant公司(現己被Synopsys公司兼并)開(kāi)發(fā)的HSPICE運行于工作站或大型機上，主要應用于集成電路的設計。而MicroSim公司(后來(lái)被OrCAD公司兼并，而OrCAD又被Cadence公司兼并)開(kāi)發(fā)的PSPICE運行于PC上，主要應用于PCB板級和系統級的設計。

SPICE模型由兩部分組成：模型方程式和模型參數。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之上的，是一個(gè)根據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(hù)通過(guò)調用相關(guān)的子電路模塊就可以簡(jiǎn)單地建立模擬網(wǎng)表。原理圖中各元器件的SPICE參數主要表征元器件的物理特性和電特性。參數描述的充分性和精確性將決定模擬結果的準確性。利用SPICE模型，可以精確地在電路器件一級，仿真系統的工作特性、驗證系統的邏輯功能，因此在集成電路設計中得到了廣泛的應用。因為它能夠精確計算出系統的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等各種工作特性，所以也可以用來(lái)進(jìn)行系統級的信號完整性分析。

用SPICE模型可以完成多種類(lèi)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(diǎn)、直流靈敏度、直流傳輸特性、直流特性?huà)呙璺治?

。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)響應分析和傅里葉分析;

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

。蒙特卡羅分析(Monte Carlo Analysis);

。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定在不同的溫度下進(jìn)行。

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(diǎn)：首先由于SPTCE模型是晶體管一級的模型，隨著(zhù)現在集成電路規模越來(lái)越大，即使只建立各個(gè)引腳的SPICE模型，也會(huì )包含成千上萬(wàn)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設計來(lái)講是不可接受的;其次，由于SPTCE模型涉及許多集成電路設計方面的細節，一般集成電路廠(chǎng)藺都不愿意公開(kāi)提供，限制了它的廣泛應用。這時(shí)需要引入IBIS模型來(lái)替代SPICE模型完成信號完整性分析。