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第九章 SPICE 电路的联合仿真

9.1 介绍 SPICE 是一个仿真不同元件组成的电子电路和定义子电路的程序。这些电路是在一个孤立的环境内进行仿真的，但是在实际的环境中，他们会与一起其他设备相互影响 , 比如天线和微带线。 SEMCSD-X 即能仿真电磁问题也能够使用实际信号去驱动电磁系统，比如：你能够任意观看电路中的电压和电流的波形，而且 SPICE 还计算了时间域和频率域的电压和电流。 在 SEMCAD-X 中， SPICE3f5 被使用，能够仿真分析由下面元件组成的不同电路：电压和电流源，电阻，电容，电感，互感器，传输线，开关，二极管，晶体管，结型场效应管， MOS 管，金属半导体肖特基结场效应管。 SPICE 建立了半导体（三极管）的模型，使用者只需要定义相关模型的参数就行啦。 SPICE 能够在电路中进行如下各种类型的分析： 1. 非线型 DC 分析； 2. 非线型瞬间分析； 3. 线型 AC 分析； 4. 温度分析；5. 噪声分析； 6. 灵敏度分析； 7. 傅立叶分析； 8.Mont Carlo 分析； 9. 失真分析。

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9.2 SPICE 仿真的收敛 在 SPICE 的电路中，是通过迭代预算进行处理和仿真的，迭代被中止当出现下面的问题时： 1. 非线性分支电流收敛，当误差在 0.1 ％以内或者小于 1PA 。 2. 节电电压收敛当误差在 0.1 ％以内或者小于 1MV 。 虽然 SPICE 的运算法则是非常稳定的，但在有些情况下，它还是不能收敛。如果在 DC 仿真的过程中不能收敛，那可能是因为：电路连接，元件的值，模型的参数出现问题，或者电路中有反馈电路。

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9.3 电路描述9.3.1 一般的结构和协定 电路是靠一系列的元件代码（定义电路的布局和元件的值）和控制代码（定义模型参数和运行控制）被描述为SPICE 的。输入的文件的第一行代码必需是题目，而最后一行必需是“ .end” 。 电路中的每一个元件都是被元件代码定义的，包括：元件的名字，元件的节点，决定元件电器性能的参数值。元件名的第一个字母代表了元件的类型，整个元件名是由一串字母或数字构成，比如： R1,RSE,RUOT,R3AC2ZY都是有效的电阻名。电路中的每一个节点都必需有一个 DC 路径到地。

9.3.2 题目代码，注释代码， .END 代码 题目代码：被放在输入文件的最前面，它的内容作为每部份输出的标题。 .END 代码：总是放在输入文件的最后，表示结束。 注释代码：任何一行代码前加上一个星就表示此代码为注释代码。

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9.3.3 设备模型

大多数简单的电路元件通常只需要很少的参数值，而 SPICE 中的一些设备就需要很多的参数值。 上面的代码中， MNAME 是指模型的名字， TYPE 是指模型的类型。模型的名字是自己指定的，不能重复，而模型的类型则有下面 15 种： R （电阻模型）， C （电容模型）， SW （电压开关模型），CSW （电流开关模型）， URC （统一的分布式 RC 模型）， LTRA （有损耗的传输线模型）， D （二极管模型）， NPN （ NPN 晶体管模型）， PNP （ PNP 晶体管模型）， NJF （ N沟道结型场效应管模型），PJF(P 沟道结型场效应管模型 ) ， NMOS （ N沟道MOS 管） ,PMOS （ P沟道MOS 管）， NMF （ N沟道金属半导体肖特基结场效应管）， PMF （ P沟道金属半导体肖特基结场效应管）。 上面的代码中， PNAME1,2 为参数的名字， PVAL1,2 为参数的值。

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9.3.4 子电路 在输入文件中，指定一组元件代码来定义子电路。在子电路被引用的地方，程序会自动的插入这组代码，对子电路的大小和复杂程度没有限定，子电路中还可以包含其他的子电路。子电路使用的例子如下：

子电路的定义是以代码 .SUBCKT 开始的， .SUBNAM是子电路的名字， N1,N2… 是外部的节点，不能为 0 。后面紧跟着的就是定义子电路的元件代码，电路定义的最后一行代码是 .END 。

任何子电路定义的最后一行代码必须是 .END 代码，括号里面的 SUBNAM 为哪个子电路的名字，那么这个子电路的定义就结束，若括号里没有子电路的名字，则整个子电路的定义都结束。主要是用于嵌套的子电路的定义。

在 SPICE 中定义的子电路以字母 X 开始，后面就是电路的节点。

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9.3.5 关联文件： .INCLUDE 代码

通常，在不同的输入文件中，部份电路的描述会重复出现，尤其是一些常用的模型和子电路。在任意的 SPICE输入文件中，这个 .INCLUDE 代码可以被使用去复制一些其他的文件。