基礎知識之SPICE

SPICE是對電子電路的模擬工作進(jìn)行模擬的軟件。取“ Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis “的首字母組成”SPICE”。于1973年由加利福尼亞大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)下表的開(kāi)發(fā)變遷發(fā)展至今。 最初發(fā)行的SPICE是使用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)的。而現在大家所使用的商用SPICE模擬器是在SPICE2G.6的基礎上，使用C語(yǔ)言描述的。

在此處略作說(shuō)明。。。 FORTRAN是面向科學(xué)技術(shù)計算的過(guò)程式編程語(yǔ)言。目的是使有助于實(shí)現高速化的并行計算易于達到最優(yōu)化，實(shí)現高速處理。 換句話(huà)說(shuō)就是進(jìn)行這樣的設計的語(yǔ)言。那時(shí)是在被稱(chēng)為主機架的大型計算機上運行程序。

SPICE是“對電子電路的模擬工作進(jìn)行模擬的軟件”，具體來(lái)說(shuō)即為非線(xiàn)性DC分析、非線(xiàn)性過(guò)渡分析以及線(xiàn)性AC分析的通用電路模擬程序。 具體方式為根據“基爾霍夫電流定律、電壓定律”使利用修正節點(diǎn)法輸入的電路方程式化（生成），并將表示元件工作的理論、實(shí)驗方程式（稱(chēng)之為元器件模型）組合起來(lái)求解。

【元器件模型】 基于理論或試驗性的考察開(kāi)發(fā)的分析式

可模擬的元件和要素如下。

• 無(wú)源元件（電阻、電容器、電感器等）
• 有源元件（二極管、雙極晶體管、MOSFET晶體管等）
• 傳輸線(xiàn)路
• 各種電源

分析方法可使用以下方法:

• 過(guò)渡分析
• 直流分析
• 小信號交流分析
• 雜音分析

在SPICE出現以前，全部都是通過(guò)手工計算進(jìn)行IC設計。 但是，隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，配置于IC的元件數發(fā)生了飛躍性的增加，且因計算機的出現等原因，使必須電路設計電子化的元件也對SPICE的出現起到了推動(dòng)作用。鏗騰電子科技有限公司的PSpice?是利用PC操作的第一個(gè)模擬器，這是隨著(zhù)從主機架轉變到PC而推出的一款模擬器。

PSpice最初是作為電子電路的模擬器使用的，隨著(zhù)CPU的高速工作，PCB電路板的設計也需要模擬元件，現在已成為傳輸高速電氣信號的電路板設計所必需的一個(gè)工具。

• 電子電路設計用 (PSpice模型)
• PCB電路板設計和驗證 (IBIS模型)

現在的模擬器的電路模擬流程如下圖所示 “電路描述” ? “電路分析” ?“分析結果輸出” 。 由于GUI (Graphical User Interface 的簡(jiǎn)稱(chēng)。 可利用計算機圖形進(jìn)行直觀(guān)操作的方法）的改進(jìn)而作為獨立封裝的軟件進(jìn)行供給。

以前是使用正文編輯器輸入下圖 “電路分析”右側所示的【xxx描述】部分。 而現在是將使用電路圖編輯器輸入的電路圖變換為網(wǎng)表，交付給分析機，自動(dòng)實(shí)施模擬。

這里，請注意下圖的【模型參數的描述】。另外，也請不要忘記前項的“元器件模型”。

【元器件模型】 基于理論或試驗性的考察開(kāi)發(fā)的分析式

元器件模型＝分析式，構成此分析式的變量和常量即為模型參數。 換句話(huà)說(shuō)即為使用模型參數將實(shí)際存在的元件特性再現于模擬器上。

內容并不難，我想大家應該已經(jīng)理解了SPICE模擬器到底是干什么的。 實(shí)際的電子電路組合了多個(gè)IC、分立元件等。那么，所謂的IC的SPICE模型是什么樣的呢？ 就現在的IC來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的IC是由幾十個(gè)元件構成，而被稱(chēng)為ULSI的IC是由幾億個(gè)元件構成。 若如實(shí)制作每個(gè)晶體管，則無(wú)法在模擬器上使其工作，或因模擬時(shí)間超長(cháng)而變得不耐用。 所以，IC的SPICE模型與實(shí)際電路不同，是簡(jiǎn)化了電路的模型。 我們稱(chēng)之為宏模型。