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高速互连SPICE仿真模型PCB设计

2019-03-17 03:47:16

高速互连SPICE仿真模型 - PCB设计 - 电子工程

SPICE(Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis)是由美国加州大学伯克利分校的电子研究实验室于1975年开发出来的一种功能非常强大的通用模拟电路仿真器。正如同SPICE的名字所表示的,它初主要被用来验证集成电路中的电路设计,以及预测电路的性能,因为这种仿真计算对于集成电路的设计是极其重要的。 SPICE模型发展至今,己经在电子设计业中得到了广泛的应用,并且还派生出许多不同的版本,其中为主要的两个是HSPICE和PSPICE。其中由Avant公司(现己被Synopsys公司兼并)开发的HSPICE运行于工作站或大型机上,主要应用于集成电路的设计。而MicroSim公司(后来被OrCAD公司兼并,而OrCAD又被Cadence公司兼并)开发的PSPICE运行于PC上,主要应用于PCB板级和系统级的设计。 SPICE模型由两部分组成:模型方程式和模型参数。它是建立在电路基本元器件(如晶体管、电阻、电容等)的工作机理和物理细节之上的,是一个根据原理图中各元器件的连接关系创建的表文件,该表由一系列子电路组成,用户通过调用相关的子电路模块就可以简单地建立模拟表。原理图中各元器件的SPICE参数主要表征元器件的物理特性和电特性。参数描述的充分性和精确性将决定模拟结果的准确性。利用SPICE模型,可以精确地在电路器件一级,仿真系统的工作特性、验证系统的逻辑功能,因此在集成电路设计中得到了广泛的应用。因为它能够精确计算出系统的静态和动态等各种工作特性,所以也可以用来进行系统级的信号完整性分析。 用SPICE模型可以完成多种类型的电路分析,其中为主要的有: · 直流分析(DC Analysis):包括静态工作点、直流灵敏度、直流传输特性、直流特性扫描分析; · 交流分析(AC Analysis):包括频率特性、噪声特性分析: · 瞬态分析(Transient Analysis):包括瞬态响应分析和傅里叶分析; · 参数扫描(Parametric and Temperature Analysis):包括参数扫描分析和温度特性分析; · 蒙特卡罗分析(Monte Carlo Analysis); · 坏情况分析(Worst-case Analysis)。 此外,由于SPICE模型还包含了器件随温度变化的特性,所以以上这些分析都可以设定在不同的温度下进行。 SPICE模型技术相对成熟,模拟精度也比较高,但是使用SPICE模型有一些难以克服的缺点:首先由于SPTCE模型是晶体管一级的模型,随着现在集成电路规模越来越大,即使只建立各个引脚的SPICE模型,也会包含成千上万只晶体管一级的器件,所以其仿真速度必然很慢,这对于交互的PCB设计来讲是不可接受的;其次,由于SPTCE模型涉及许多集成电路设计方面的细节,一般集成电路厂蔺都不愿意公开提供,限制了它的广泛应用。这时需要引入IBIS模型来替代SPICE模型完成信号完整性分析。


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