基礎(chǔ)知識(shí)之SPICE

SPICE是對(duì)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)伯克利分校開發(fā)，經(jīng)過下表的開發(fā)變遷發(fā)展至今。 最初發(fā)行的SPICE是使用FORTRAN語言編寫的。而現(xiàn)在大家所使用的商用SPICE模擬器是在SPICE2G.6的基礎(chǔ)上，使用C語言描述的。

在此處略作說明。。。 FORTRAN是面向科學(xué)技術(shù)計(jì)算的過程式編程語言。目的是使有助于實(shí)現(xiàn)高速化的并行計(jì)算易于達(dá)到最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高速處理。 換句話說就是進(jìn)行這樣的設(shè)計(jì)的語言。那時(shí)是在被稱為主機(jī)架的大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序。

SPICE是“對(duì)電子電路的模擬工作進(jìn)行模擬的軟件”，具體來說即為非線性DC分析、非線性過渡分析以及線性AC分析的通用電路模擬程序。 具體方式為根據(jù)“基爾霍夫電流定律、電壓定律”使利用修正節(jié)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(yàn)方程式（稱之為元器件模型）組合起來求解。

【元器件模型】 基于理論或試驗(yàn)性的考察開發(fā)的分析式

可模擬的元件和要素如下。

• 無源元件（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）
• 傳輸線路
• 各種電源

分析方法可使用以下方法:

• 過渡分析
• 直流分析
• 小信號(hào)交流分析
• 雜音分析

在SPICE出現(xiàn)以前，全部都是通過手工計(jì)算進(jìn)行IC設(shè)計(jì)。 但是，隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，配置于IC的元件數(shù)發(fā)生了飛躍性的增加，且因計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)等原因，使必須電路設(shè)計(jì)電子化的元件也對(duì)SPICE的出現(xiàn)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，這是隨著從主機(jī)架轉(zhuǎn)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CPU的高速工作，PCB電路板的設(shè)計(jì)也需要模擬元件，現(xiàn)在已成為傳輸高速電氣信號(hào)的電路板設(shè)計(jì)所必需的一個(gè)工具。

• 電子電路設(shè)計(jì)用 (PSpice模型)
• PCB電路板設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 (IBIS模型)

現(xiàn)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(jié)果輸出” 。 由于GUI (Graphical User Interface 的簡(jiǎn)稱。 可利用計(jì)算機(jī)圖形進(jìn)行直觀操作的方法）的改進(jìn)而作為獨(dú)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(cè)所示的【xxx描述】部分。 而現(xiàn)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(jī)，自動(dòng)實(shí)施模擬。

這里，請(qǐng)注意下圖的【模型參數(shù)的描述】。另外，也請(qǐng)不要忘記前項(xiàng)的“元器件模型”。

【元器件模型】 基于理論或試驗(yàn)性的考察開發(fā)的分析式

元器件模型＝分析式，構(gòu)成此分析式的變量和常量即為模型參數(shù)。 換句話說即為使用模型參數(shù)將實(shí)際存在的元件特性再現(xiàn)于模擬器上。

內(nèi)容并不難，我想大家應(yīng)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(xiàn)在的IC來說，簡(jiǎn)單的IC是由幾十個(gè)元件構(gòu)成，而被稱為ULSI的IC是由幾億個(gè)元件構(gòu)成。 若如實(shí)制作每個(gè)晶體管，則無法在模擬器上使其工作，或因模擬時(shí)間超長(zhǎng)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。 我們稱之為宏模型。