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(yàn)室于1975年開發(fā)出來的一種功能非常強(qiáng)大的通用模擬電路仿真器。正如同SPICE的名字所表示的，它最初主要被用來驗(yàn)證集成電路中的電路設(shè)計(jì)，以及預(yù)測電路的性能，因?yàn)檫@種仿真計(jì)算對于集成電路的設(shè)計(jì)是極其重要的。

SPICE模型發(fā)展至今，己經(jīng)在電子設(shè)計(jì)業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且還派生出許多不同的版本，其中最為主要的兩個是HSPICE和PSPICE.其中由Avant公司(現(xiàn)己被Synopsys公司兼并)開發(fā)的HSPICE運(yùn)行于工作站或大型機(jī)上，主要應(yīng)用于集成電路的設(shè)計(jì)。而MicroSim公司(后來被OrCAD公司兼并，而OrCAD又被Cadence公司兼并)開發(fā)的PSPICE運(yùn)行于PC上，主要應(yīng)用于PCB板級和系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)。

SPICE模型由兩部分組成：模型方程式和模型參數(shù)。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(jī)理和物理細(xì)節(jié)之上的，是一個根據(jù)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，用戶通過調(diào)用相關(guān)的子電路模塊就可以簡單地建立模擬網(wǎng)表。原理圖中各元器件的SPICE參數(shù)主要表征元器件的物理特性和電特性。參數(shù)描述的充分性和精確性將決定模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用SPICE模型，可以精確地在電路器件一級，仿真系統(tǒng)的工作特性、驗(yàn)證系統(tǒng)的邏輯功能，因此在集成電路設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樗軌蚓_計(jì)算出系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)等各種工作特性，所以也可以用來進(jìn)行系統(tǒng)級的信號完整性分析。

用SPICE模型可以完成多種類型的電路分析，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、直流特性掃描分析;

。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(yīng)分析和傅里葉分析;

。參數(shù)掃描(Parametric and Temperature Analysis)：包括參數(shù)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(shè)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，隨著現(xiàn)在集成電路規(guī)模越來越大，即使只建立各個引腳的SPICE模型，也會包含成千上萬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(shè)計(jì)來講是不可接受的;其次，由于SPTCE模型涉及許多集成電路設(shè)計(jì)方面的細(xì)節(jié)，一般集成電路廠藺都不愿意公開提供，限制了它的廣泛應(yīng)用。這時需要引入IBIS模型來替代SPICE模型完成信號完整性分析。