ASIC的电路模拟

ASIC的电路模拟:电路设计者在设计完成之后, 总要进行校验。随着电路规模与复杂度的不断提高, 特别是大规模、超大规模集成电路时代, 传统的“搭电路板”的校验方式已经不可能了。计算机软硬件技术的发展, 使得利用计算机进行电路的仿真不但成为必要, 而且有了可能。这就叫作计算机辅助电路模拟, 也叫计算机辅助电路分析。
 计算机辅助电路模拟软件是一种“仿真”或“分析”工具, 并不是设计工具。它是将设计好的电路结构、元器件参数等输入计算机, 利用机算机速度快、精度高、运算可靠的特点, 用元器件模型结合数学方程式求解的计算方法验证电路功能和各项性能指标是否满足设计者的需要, 达到帮助电路设计者改进、优化和完善设计的目的。目前常用的计算机电路模拟软件是SPICE和PSPICE。

§7-1 SPICE简介
 
通用电路模拟程序SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是美国加州大学伯克利分校以Pederson教授为首的计算机辅助集成电路设计小组开发的。在积累了多年计算机辅助集成电路分析经验的基础上, 不断地加以完善和改进, 从70年代末开始, SPICE向全世界推广。现在, 在全世界范围内, SPICE已成为大学研究机构和公司普遍采用的电路分析程序, 甚至把它当作了标准。
 SPICE是一个通用电路分析程序。对于一个电路设计工程师, SPICE就象一个方便的实验室。它可以对电路进行直流分析、交流分析、瞬态分析、噪声分析、灵敏度分析、富利叶分析及谐波失真分析; 并能进行不同温度下的电路分析。
 SPICE计算中, 采用了精确的半导体器件模型、稀疏矩阵等技术, 使得SPICE在数学和物理上的概念非常清晰并具有高的精确度, 好的通用性, 并能模拟不同类型的电路。但目前SPICE还存在一些不足:
 1、SPICE用网表的文本方式输入电路的描述。为构造网表, 设计者首先要数出电路的所有节点, 然后建立文件去描述电路的连接和元件值。为了编写网表, 用户要学会使用计算机的操作系统和文件编辑, 还要掌握各种专用命令。所以开始阶段用户会感不便。
 2、由于模拟电路要求的精度高, 所以SPICE 中所建模型要精确。因此模型参数的赋值必须非常准确。结果造成SPICE中某些元件有几十个参数。这里所说的模型参数不同于器件出厂时的手册参数, SPICE所给的是反映器件内部物理特性的一些参数。在使用时, 要用户自行提供这些参数是很困难的, 通常情况下只好用SPICE程序的缺省值代替, 这往往会导致分析结果的不准确。
 3、SPICE程序的运行有时会出现不收敛, 这就要求用户对被分析的电路工作原理极为熟悉, 仔细地编制网表, 恰当地选择时间步长, 以避开可能出现的不收敛。