SPICE模型入门介绍

SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit 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。最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。

现在SPICE模型已经广泛应用于电子设计中，可对电路进行非线性直流分析、非线性瞬态分析和线性交流分析。被分析的电路中的元件可包括电阻、电容、电感、互感、独立电压源、独立电流源、各种线性受控源、传输线以及有源半导体器件。

SPICE内建半导体器件模型，用户只需选定模型级别并给出合适的参数，利用SPICE模型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。

SPICE模型的组成

SPICE模型由两部分组成：模型方程式(Model Equations)和模型参数(Model Parameters)。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网表文件，该网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网表。

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。

SPICE模型电路分析的类型

用SPICE模型可以完成多种类型的电路分析，其中最为主要的有：

● 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)，随机抽样统计估算数学函数方法;

● 最坏情况分析(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。

图片来源：R课堂

SPICE模型的缺点

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SPICE模型涉及许多集成电路设计方面的细节，一般集成电路厂家都不愿意公开提供，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。